Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов проектирования и создания перспективных многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с использованием плазменных и лазерных технологий поверхностной микрообработки для микрооптоэлектромеханических систем

Докладчик: Коноплев Борис Георгиевич

Должность: Декан факультета электроники и приборостроения ТТИ ЮФУ

Цель проекта:
Проект направлен на повышение функциональных возможностей интегральных микромеханических гироскопов, микро- и наномеханических акселерометров, заключающиеся в возможности регистрации угловых скоростей и линейных ускорений по нескольким осям чувствительности одним сенсорным компонентом, а также уменьшения массогабаритных характеристик инерциальных систем навигации и ориентации на основе данных сенсоров. Целью прикладного научного исследования является разработка методов проектирования и моделей, конструкций и технологических маршрутов изготовления многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с повышенными функциональными возможностями, заключающимися в возможности регистрации угловых скоростей и линейных ускорений одним сенсорным компонентом. Реализация данного проекта позволит вывести на рынок научно-технический продукт с улучшенными технико-экономическими характеристиками, соответствующий мировому уровню, а также обеспечить экспортный потенциал Российской Федерации и провести замещение импорта в области инерциальных навигационных систем на основе технологий микрооптоэлектромеханических систем.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные результаты:
— методы построения многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
— конструкции и технологические маршруты изготовления интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
— схемы устройств обработки сигналов многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
— математические модели и программные средства моделирования многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
— экспериментальные образцы многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
— макеты устройств обработки сигналов многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
— программы и методы экспериментальных исследований многоосевых интегральных сенсоров;
— программы и методы экспериментальных исследований макетов устройств обработки сигналов предложенной элементной базы;
— научные и научно-технические основы для создания перспективных многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с использованием плазменных и лазерных технологий поверхностной микрообработки для микрооптоэлектромеханических систем;
— технологические решения по создания перспективной элементной базы микрооптоэлектромеханических систем;
— рекомендации по реализации вновь созданных и исследованных методов, технических и технологических решений (проекты технических заданий на проведение опытно-конструкторских работ) по реализации результатов прикладного научного исследования в реальных секторах экономики.
Требования к номенклатуре параметров экспериментальных образцов многоосевых микромеханических гироскопов, численные значения которых следует получить: количество осей чувствительности – 2; диапазон измеряемых угловых скоростей – ± 500 град./с; чувствительность – не менее 0,5 фФ/g; уровень подавления перекрестных помех – не менее 50 дБ.
Требования к номенклатуре параметров экспериментальных образцов многоосевых микромеханических акселерометров, численные значения которых следует получить: количество осей чувствительности – 3; диапазон измеряемых ускорений – ±10 g; чувствительность – не менее 0,5 фФ/g; уровень подавления перекрестных помех – не менее 50 дБ.
Требования к номенклатуре параметров экспериментальных образцов многоосевых наномеханических акселерометров, численные значения которых следует получить: количество осей чувствительности – 2; диапазон измеряемых ускорений – ±1g; чувствительность – не менее 10 нА/g; уровень подавления перекрестных помех – не менее 40 дБ.
Требования к номенклатуре параметров устройств обработки сигналов многоосевых микромеханических гироскопов, численные значения которых следует получить: отношение сигнал/шум – не менее 20:1; напряжение питания – ± 9 В; потребляемая мощность – не более 70мВт.
Требования к номенклатуре параметров устройств обработки сигналов многоосевых микромеханических акселерометров, численные значения которых следует получить: отношение сигнал/шум – не менее 10:1; напряжение питания – ± 9 В; потребляемая мощность – не более 50мВт.
Требования к номенклатуре параметров устройств обработки сигналов многоосевых наномеханических акселерометров, численные значения которых следует получить: отношение сигнал/шум – не менее 5:1; напряжение питания – ± 9 В; потребляемая мощность – не более 30мВт.
Новизна предлагаемого подхода заключается в решении проблемы повышения функциональных возможностей микро- и наномеханических сенсоров посредством использования принципов функциональной интеграции. Данный подход, на основе результатов предварительных теоретических исследований, обеспечивает возможность регистрации угловых скоростей и линейных ускорений по двум или трем осям чувствительности одним сенсорным компонентом.
Для доведения научно-технического результата прикладного научного исследования до его потребителя планируется выполнить следующие шаги:
- проведение патентных исследований с целью определения прототипов и аналогов разрабатываемой элементной базы микрооптоэлектромеханических систем;
- разработка методов проектирования, математических моделей и средств проектирования, конструкций и технологических маршрутов изготовления многоосевых интегральных микро -и наномеханических гироскопов и акселерометров и устройств обработки их сигналов;
- защита результатов интеллектуальной деятельности;
- разработка и изготовление экспериментальных образцов многоосевых интегральных микро -и наномеханических гироскопов и акселерометров;
- разработка и изготовление макетов устройств обработки сигналов многоосевых микро -и наномеханических гироскопов и акселерометров;
- проведение теоретических и экспериментальных исследований;
- разработка рекомендаций по внедрению результатов работы на предприятиях реального сектора экономики;
- внедрение результатов прикладного научного исследования на предприятии-индустриальном партнере с передачей неисключительной лицензией на результаты интеллектуальной деятельности;
- наладка выпуска многоосевых интегральных микро -и наномеханических гироскопов и акселерометров на производственных мощностях индустриального партнера;
- продажа продукции индустриальным партнером конечному потребителю.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Микро- и наномеханические гироскопы и акселерометры находят широкое применение в современных технических средствах различного назначения: от специализированных изделий аэрокосмической техники и оборонных систем до бытовых приборов, таких как сотовых телефонов и игровых платформ нового поколения. Так, например, в составе навигационной системы с ГЛОНАСС-приемником они позволяют сохранить точность и беспрерывность навигации при потере приема сигнала со спутника. В отрасли автомобилестроения данные компоненты позволяют повысить уровень комфорта автомобилей (динамическое управление движением, антиблокировочные системы торможения, системы навигации, системы безопасности).
Внедрение полученных результатов работы позволит повысить функциональные возможности микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров за счет регистрации угловых скоростей и линейных ускорений одним сенсорным элементом и уменьшить в 2 раза массогабаритные характеристики инерциальных систем навигации и ориентации на основе данных сенсоров.
Реализация проекта позволит улучшить потребительские свойства существующей продукции, а именно микро- и наноразмерной элементной базы инерциальных навигационных систем.
Решение поставленной научно-технической задачи в масштабах отрасли окажет значительное влияние на развитие промышленности и будет способствовать созданию инерциальных датчиков параметров движения сверхвысокой чувствительности и в перспективе позволит сформировать новый сектор спроса не только на российском, но и на мировом рынках.
Полученные результаты будут патенточистыми и будет обеспечена правовая защита создаваемой интеллектуальной собственности, что повышает вероятность успешной коммерциализации результатов проекта и их лицензионные возможности.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе выполнения проекта получены следующие результаты:
– выполнен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
– проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96;
– выполнено обоснование и выбор направления исследований многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;
– разработан перечень технологических операций и обоснование необходимого технологического оборудования для изготовления многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с использованием плазменных и лазерных технологий поверхностной микрообработки;
– разработана математическая модель многоосевого микромеханического гироскопов;
– разработана математическая модель многоосевого микромеханического акселерометра;
– разработана математическая модель многоосевого наномеханического акселерометра;
– разработана методика моделирования многоосевых микромеханических гироскопов, микро- и наномеханических акселерометров;
– разработана методика изготовления экспериментальных образцов многоосевых микромеханических гироскопов;
– приобретены материалы и комплектующие, необходимые для отработки маршрутов изготовления многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с использованием плазменных и лазерных технологий поверхностной микрообработки.
Для отработки маршрутов изготовления предложенной элементной базы использованы:
– уникальная научная установка НАНОФАБ НТК-9;
– научное оборудование ЦКП «Нанотехнологии» Южного федерального университета.