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

Номер контракта: 14.575.21.0045

Руководитель: Коноплев Борис Георгиевич

Должность: профессор Института нанотехнологий, электроники и приборостроения

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
микрооптоэлектромеханические системы, моэмс, методы, проектирование, элементная база, технология, микро - и наномеханика, модель, экспериментальный образец, гироскоп, акселерометр

Цель проекта:
Цель проекта - Разработка методов проектирования, конструкций и технологических маршрутов изготовления многоосевых интегральных микромеханических гироскопов, микро- и наномеханических акселерометров с повышенными функциональными возможностями, заключающимися в возможности регистрации угловых скоростей и линейных ускорений по нескольким осям чувствительности одним сенсорным компонентом. Задачи, которые необходимо решить для достижения целей проекта: разработать научные и научно-технические основы для создания перспективных многоосевых интегральных микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров; разработать конструкторско-технологические решения по созданию перспективной элементной базы микроэлектромеханических систем; разработать рекомендации по реализации вновь созданных и исследованных методов, технических и технологических решений (проекты технических заданий на проведение опытно-конструкторских работ) по реализации результатов проекта в реальных секторах экономики; провести мероприятия по защите интеллектуальной собственности.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта будут получены следующие основные результаты - методы построения и конструкции интегральных многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров; математические модели и методы моделирования многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров; эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;  лабораторный технологический регламент по изготовлению экспериментальных образцов многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с использованием плазменных и лазерных технологий поверхностной микрообработки;  экспериментальные образцы многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров; эскизная конструкторская документация на макеты устройств обработки сигналов многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;  макеты устройств обработки сигналов многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров; программы и методики испытаний многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров;  проект технического задания на проведение ОКР.
Разработанные и изготовленные в результате выполнения проекта экспериментальные образцы будут обладать следующими основными характеристиками:
- микромеханические гироскопы: 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.
- микромеханические акселерометры: количество осей чувствительности – 3; диапазон измеряемых ускорений – ±10 g; чувствительность – не менее 0,5 фФ/g; уровень подавления перекрестных помех – не менее 50 дБ.
- наномеханические акселерометры: количество осей чувствительности – 2; диапазон измеряемых ускорений – ±1 g; чувствительность – не менее 10 нА/g; уровень подавления перекрестных помех – не менее 40 дБ.
- макеты устройств обработки сигналов многоосевых микромеханических гироскопов: отношение сигнал/шум – не менее 20:1; напряжение питания – ± 9 В; потребляемая мощность – не более 70 мВт.
- макеты устройств обработки сигналов многоосевых микромеханических акселерометров: отношение сигнал/шум – не менее 10:1; напряжение питания – ± 9 В; потребляемая мощность – не более 50 мВт.
- макеты устройств обработки сигналов многоосевых наномеханических акселерометров: отношение сигнал/шум – не менее 5:1; напряжение питания – ± 9 В; потребляемая мощность – не более 30 мВт.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате реализации проекта будут разработаны и изготовлены экспериментальные образцы многоосевых интегральных микромеханических гироскопов, микро- и наномеханических акселерометров с повышенными функциональными возможностями, заключающимися в возможности регистрации угловых скоростей и линейных ускорений по нескольким осям чувствительности одним сенсорным компонентом, а также макеты устройств их обработки сигналов, что позволит провести замещение импорта в области инерциальных навигационных систем.
Новизна полученных результатов заключается в разработке многоосевых микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров с использованием принципа функциональной интеграции, что позволяет снизить массу и габариты устройств.
Полученные результаты соответствуют мировому уровню, а по некоторым пунктам превосходят его.
Для достижения заявленного результата будут выполнены 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.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Одним из основных направлений развития микро- и наносистемной техники является разработка, исследование и применение сенсоров угловых скоростей (гироскопов) и линейных ускорений (акселерометров). Данные компоненты находят широкое применение в современных технических средствах различного назначения: от специализированных изделий аэрокосмической техники и оборонных систем до бытовых приборов. Так, например, в составе навигационной системы с ГЛОНАСС- или GPS-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).
Полученные результаты будут патенточистыми и будет обеспечена правовая защита создаваемой интеллектуальной собственности, что повышает вероятность успешной коммерциализации результатов проекта и их лицензионные возможности.
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 примерно в 2 раза массу и габариты инерциальных систем навигации и ориентации на основе данных сенсоров.
Реализация данного проекта позволит вывести на рынок научно-технический продукт с улучшенными технико-экономическими характеристиками, соответствующий мировому уровню, а также провести замещение импорта в области инерциальных навигационных систем на основе технологий микроэлектромеханических систем.
Потребители: ОАО РПКБ (г. Раменское); ОАО «ТАНТК им. Г.М. Бериева» (г. Таганрог); ФГУП «ЦНИИ химии и механики им. Д.И. Менделеева» (г. Москва); ОАО "Конструкторское бюро приборостроения им. Академика А.Г. Шипунова" (г. Тула); ОАО "Азовский оптико-механический завод" (г. Азов); ОАО «НПП космического приборостроения "Квант" (г. Ростов-на- Дону); ОАО "РОСТВЕРТОЛ" (г. Ростов-на-Дону) и др.
Результаты проекта будут способствовать созданию инерциальных датчиков параметров движения высокой чувствительности и формированию нового сектора спроса не только на российском, но и на мировом рынках.
Прогнозируемый годовой объем продаж продукции, созданной индустриальным партнером на основе результатов проекта, составит порядка 12,5 млн. руб. Ожидаемый срок окупаемости проекта – 3 года.

Текущие результаты проекта:
Получены результаты моделирования многоосевых интегральных микромеханических сенсоров для диапазона угловых скоростей ± 500 град./с и линейных ускорений ±10 g и наномеханического сенсора для диапазона линейных ускорений ±1 g. Результаты моделирования показали возможность достижения параметров экспериментальных образцов, заданных техническим заданием. Чувствительность микромеханических гироскопа и акселерометра составила не менее 0,5 фФ/g, а наномеханического акселерометра – не менее 10 нА/g. Разработаны комплекты эскизной конструкторской документации на экспериментальные образцы многоосевых микромеханического гироскопа, микро- и наномеханических акселерометров в составе: спецификация, сборочный чертеж, схема электрическая структурная, схема электрическая функциональная. Разработаны методики изготовления экспериментальных образцов многоосевых микро- и наномеханических акселерометров. Разработаны комплекты эскизной конструкторской документации на макеты устройств обработки сигналов многоосевых микромеханического гироскопа, микро- и наномеханических акселерометров в составе: спецификация, сборочный чертеж, схема электрическая структурная, схема электрическая принципиальная. Разработаны методики изготовления макетов устройств обработки сигналов многоосевых микромеханического гироскопа, микро- и наномеханических акселерометров. Изготовлены экспериментальные образцы многоосевых микромеханического гироскопа, микро- и наномеханических акселерометров. Проведены дополнительные патентные исследования. Поданы 3 заявки на получение патентов РФ на изобретения, опубликованы 3 статьи, индексируемые в БД Scopus.