Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0078

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0078
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Технология"
Название доклада
Исследование и разработка беспроводной микромеханической наноструктурированной микросистемы для построения самоорганизующихся сетей гидроакустического контроля прибрежных акваторий.
Докладчик
Генералов Сергей Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели:
1.1 Разработка конструктивно-технологических основ получения микромеханической наноструктурированной микросистемы контроля гидроакустического сигнала (ГАС).
1.2 Разработка конструкции автономного беспроводного сетевого модуля гидроакустического контроля прибрежных акваторий на основе микромеханических наноструктурированных микросистем и приемопередающих модулей с центральным блоком управления.
Задачи:
2.1 Разработка эскизной конструкторской и технологической документации изготовления экспериментальных образцов микросистемы ГАС.
2.2 Изготовление экспериментальных образцов микросистемы ГАС.
2.3 Разработка эскизной конструкторской документации на макет автономного беспроводного сетевого модуля гидроакустического контроля прибрежных акваторий на основе микромеханической наноструктурированной микросистемы и приемопередающих модулей.
2.4 Изготовление макета автономного беспроводного сетевого модуля гидроакустического контроля прибрежных акваторий.
2.5 Разработка эскизной конструкторской документации на макет центрального блока управления автономным беспроводным сетевым модулем.
2.6 Изготовление макета центрального блока управления автономным беспроводным сетевым модулем.
2.7 Разработка программного обеспечения центрального блока управления.
2.8 Разработка проекта технического задания на проведение ОКР.
Актуальность и новизна исследования
Для успешного создания систем способных решать задачи измерения и контроля акустических характеристик водных и подводных объектов, требуется надежная компонентная и аппаратурно-методическая база, обеспечивающая получение данных о параметрах первичного гидроакустического поля.
Исследование и разработка конструктивно-технологических основ изготовления преобразователей гидроакустического сигнала и создание на из основе микросистем для непрерывного гидроакустического контроля прибрежных акваторий является актуальной задачей.
Для эффективного мониторинга надводных и подводных объектов требуется размещать преобразователи не только вдоль береговой линии, но и на расстоянии от него и на глубине. В этом случае необходима разработка автономных микросистем, на основе которых возможно было бы создать самоорганизующуюся сеть, способную осуществлять высокоскоростную и своевременную передачу измерительной информации.
Основной проблемой, требующей решения, является обеспечение каналов для обмена данными. Недостатками существующих сетей является их зависимость от систем электроснабжения и кабельного соединения, уязвимого к различным родам повреждений. В настоящем проекте планируется создание беспроводной микросистемы на основе приемопередающих модулей СВЧ диапазона (868-2400 МГц). Второй наиболее важной проблемой является отсутствие малопотребляющих, малогабаритных, высокочувствительных преобразователей гидроакустического сигнала, работающих в широком частотной диапазоне. В настоящей работе планируется разработка конструкции и технологии изготовления наноструктурированного преобразователя гидроакустического сигнала с диапазоном рабочих частот до 30 кГц.
Описание исследования

 В настоящее время наблюдается тенденция развития и совершенствования волоконно-оптических датчиков. Ключевым элементом устройства гидроакустического контроля является волоконно-оптическая микросистема с микромеханическим элементом в виде тонкой диэлектрической мембраны, способной воспринимать акустическое давление в определенном диапазоне частот и преобразовывать его в механическое перемещение. Принцип работы разрабатываемой микросистемы основана на регистрации вынужденных периодических колебаний мембраны, возбуждаемых источником в жидкой среде. Регистрация колебания мембраны осуществляется с помощью опто-электронной схемы, постоенной по схеме волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо (ИФП). Отражающими поверхностями (зеркалами) оптического сигнала ИФП является мембрана и полупрозрачный слой в виде тонкопленочной структуры на торцевой поверхности одномодового оптоволокна. Рассположенные на некотором небольшом расстоянии друг от друга зеркала ИФП определяют его базу. Периодические колебания в среде приводят к модуляции базы ИФП и, соответственно, к модуляции интенсивности оптического сигнала.

Основные достигнутые результаты:

Рассмотрены основные принципы преобразования ГАС. Разработана конструкция тестовой структуры микросистемы ГАС. Разработана программа и методики измерений гидроакустических и электрофизических параметров тестовых структур микросистемы ГАС и экспериментальных образцов микросистемы ГАС. Выработаны конструктивно технологические требования для создания экспериментальных образцов. Разработана ЭКД и ТД изготовления экспериментальных образцов микросистемы ГАС, по ним были изготовлены экспериментальные образцы. Проведены исследования параметров экспериментальных образцов, механическая чувствительность составила от 117-134 нм/Па, а диапазон рабочих частот от 0,2-12,0 кГц. Разработана схемотехническая реализация функционального блока обработки и преобразования сигнала. Разработана ЭКД, изготовлены печатные платы схем и изготовлен макет автономного беспроводного сетевого модуля гидроакустического контроля прибрежных акваторий, который представляет собой пластиковый буй (корпус) внутри которого располагаются: схема блока оптического, схема блока преобразования и усиления оптического сигнала, схема блока цифровой обработки информационного сигнала и приема-передачи, блок автономного питания. Разработана ЭКД и изготовлен макет центрального блока управления автономным беспроводным сетевым модулем. Макет центрального блока управления имеет интерфейс USB, для подключения его к ПК. Разработано ПО центрального блока управления автономным беспроводным сетевым модулем, обеспечивающее выполнение следующих функций: контроль, тестирование и диагностика состояния макета, измерение аналоговых сигналов, вычисление амплитуды частоты принимаемого сигнала с помощью алгоритма БПФ, вычисление максимальных гармоник, вывод информации, поддержка протоколов с взаимодействующим приемо-передающим устройством. Уровень технологии соответствует передовым зарубежным технологиям по основным параметрам.

Результаты исследования

Основным функциональным аналогом является миниатюрный гидрофон на фотонном кристалле, оптимизированный для океанной акустики (Onur Kilic, Michel J.F. Digonnet, Miniature photonic -crystal hydrophone optimized for ocean acoustics). Отечественных аналогов не найдено.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты могут быть ориентированы на широкое применение в научно-исследовательских организациях и фирмах-производителях наукоемкой продукции и быть конкурентоспособными на мировом рынке. Результаты ПНИЭР будут способствовать развитию научно-технического и производственного потенциала РФ в области разработки и производства изделий электронной техники, входящий в состав: - беспроводных СВЧ систем контроля и мониторинга; - систем безопасности. Ожидается, что технические решения, полученные в процессе выполнения ПНИЭР, будут востребованы фирмами-разработчиками аналогичных устройств.
Постер

Poster_template_IN.ppt