Обоснование выбора объекта моделирования

В перечень критических технологий Российской федерации включена микросистемная техника, а также технологии высокоточной навигации и управления движением. Это означает высокую востребованность государства в этих направлениях, которым соответствует и разрабатываемый датчик ускорения. Он может применяться как в военной, так и в гражданской технике, в системах ориентации и навигации, мобильных устройствах, автомобилях и бытовой технике. Далее приведён список возможных вариантов применения микромеханического датчика ускорения:

- система управления летательных аппаратов: так как ускорение это вторая производная от перемещения, то зная ускорение, можно определять местоположение объекта в пространстве.

- системы безопасности автомобилей: во избежание тяжких последствий ДТП, бортовой компьютер может управлять траекторией движения автомобиля при ударах, направление и величина которых фиксируются датчиком ускорения. Этот же датчик можно использовать для предотвращения угона автомобиля.

- Бытовая техника: уменьшение вибрации и шума, например от работающей стиральной машины, за счёт перераспределения нагрузки в барабане. При этом, датчик ускорения улавливает вибрацию и передаёт в схему управления, которая вырабатывает противодействующий сигнал. А также, при улучшении баланса загрузки можно достичь более высокой скорости вращения барабана, что позволяет выжимать большее количество воды из одежды, делая процесс сушки более эффективным.

- Аудиосистемы: добавление обратной связи путём установки датчика ускорения на резонаторе динамика. Это позволяет улучшить качество звучания, за счёт уменьшения гармонических искажений, использовать меньшие корпуса динамиков при большей мощности звучания.

- Промышленное оборудование: анализ характера вибрации подшипников во время работы установки позволяет выявить их износ.

Акселерометры можно использовать и для стабилизации платформ, выравнивая их с уровнем горизонта.

- Портативная электроника: использование акселерометров в мобильных телефонах даёт возможность реализовать дополнительные функции, например управление наклоном корпуса. А также использовать навигацию в тот момент, когда сигналы GPS недоступны.

- Использование в медицине: стимуляция мышц в нужное время (например, стимуляция мышц стопы при наклоне голени) позволит людям, страдающим мышечными заболеваниями, тратить меньше усилий при движении.

Исходя из всего перечисленного, следует сделать вывод, что разработка и производство миниатюрных датчиков ускорения являются одними из востребованных направлений развития современной техники, как в России, так и за рубежом.

Выбор в качестве объекта моделирования именно датчика с электромагнитным силовым преобразователем и оптическим методом съёма показаний был сделан исходя из того, что это новая и детально не изученная конструкция, требующая анализа и проработки. Результатом моделирования должно стать подтверждение или опровержение следующих гипотез:

- Использование электромагнитного силового преобразователя позволит повысить силы взаимодействия, по сравнению с традиционно используемым электростатическим преобразователем.

Дополнительно, повышение сил взаимодействия позволит отказаться от герметизации корпуса, так как демпфирующие силы при движении чувствительного элемента в воздухе будут существенно меньше противодействующих им сил электромагнитного взаимодействия.

- Использование оптического метода съёма показаний позволит получать на выходе датчика положения чувствительного элемента сразу ШИМ сигнал, в отличие от традиционного применения схемы измерения ёмкости. Это должно сказаться и на точности измерений.

- Использование режима автоколебаний позволит сократить энергетические затраты на приведение системы в колебательное движение.

- Расположение магнитного покрытия на поверхности чувствительного элемента увеличит его массу, что позволит регистрировать меньшие значения воздействующего внешнего ускорения.

- Это принципиально нелинейная система и, благодаря нелинейности, вносимой в контур датчика, можно уменьшить выходную нелинейность показаний.

При моделировании нужно проанализировать величину силы, которую можно получить, используя электромеханический преобразователь, будет ли полученной силы достаточно, чтобы поддерживать режим автоколебаний. Также, при моделировании нужно учесть различный характер возможных внешних воздействий (форму воздействующего ускорения) и определить требования для электрической схемы преобразования измеренного сигнала для обеспечения заданной точности измерений.