Вступ
В двадцятому столітті, коли розвиток техніки маєнадзвичайно високі темпи, з’явилась велика кількість технічних засобів, які далипоштовх до розвитку нових галузей промисловості, котрі змогли б мініатюризуватита покращити існуючу техніку. На сьогоднішній день можна сказати, що перспективним є розробкаприладів, котрі мали б малу масу, не великі габарити, але хороші технічніхарактеристики, малу собівартість, високу надійність.
Мініатюризація навігаційних систем вимагає створеннямалогабаритних гіроскопічних датчиків. Пошук нових можливостей створенняінерційних датчиків з необхідними характеристиками й прогрес в областімікроелектроніки привели до появи нового класу приладів — мікромеханічнихакселерометрів (ММА). Поява мікромеханічних пристроїв, побудованих звикористаннямMEMS- технологій (MEMS – Micro Electromechanical Systems) ознаменувала революційні зміни в інерційній технології. Втеперешній час питанню створення й використання ММА присвячена все більша увагарозробників і споживачів малогабаритних датчиків параметрів руху.
Сучасні ММА значно поступаються по точності традиційнимелектромеханічним акселерометрам, але вони є кращими за масогабаритнимихарактеристиками, показниками собівартості й енергоспоживання. Розробленізразки ММА характеризуються надмалою масою (частки грамів) і габаритами(одиниці міліметрів), низькою собівартістю (десятки доларів на одну вісьвимірювання) і енергоспоживанням, високою стійкістю до механічних (ударнівпливи до 105 g) і теплових впливів (від — 40°С до +85°С) і достатньою точністю.
Провідне положення в розробці ММА займає Draper Laboratory (США), що досліджує можливість створеннямікромеханічних датчиків з початку 80-х років минулого століття. Різні технічнірішення в області розробок мікромеханічних інерційних датчиків отримані йзапатентовані рядом закордонних фірм (RockwellInternational, SystronDonner, AnalogDevices, Sagem, Murata й ін.).
Істотне зниження масогабаритних, вартісних й енергетичниххарактеристик відкриває нові шляхи використання ММА в цивільній і військовійобластях, де раніше їхнє застосування було неможливо через масогабаритніобмеження або стримувалося через економічні міркування. Найбільш привабливимдля розробників є потенційний ринок комерційного цивільного використаннядатчиків, що на порядки перевищує обсяги можливого ринку військової техніки. Серед можливих областейзастосування ММА в якості датчиків параметрів руху можна назвати наступні:
1. Автомобільна промисловість. Індустрія автомобільноїпромисловості є основним «двигуном» швидкого розвитку ринку ММА. У сучаснихавтомобілях використаються 50-85 датчиків для створення різних систем безпеки йнавігації. Прогнозується, що число датчиків протягом найближчих років будеподвоєно і всі останні моделі автомобілів таких, як Cadillac, Mercedes, BMW йVolkswagen будуть забезпечуватися системами навігації й динамічного контролюбезпеки.
2. Навігаційне устаткування йвійськова техніка.Досягнення в області створення безкарданових інерційних навігаційних систем(БІНС) і комплексування із глобальними супутниковими навігаційними системами(GPS і ГЛОНАСС) дозволяють застосовувати ММА для широкого класу завданьнавігації й керування рухом. Завдяки своїм унікальним властивостям ММАзнаходять застосування в системах озброєнь і військової техніки, можуть бутиуспішно використані для стабілізації супутникових антен, керування безпілотнимилітальними апаратами й іншою апаратурою рухомих об'єктів.
3. Робототехніка. Серед можливих застосувань — задачі навігації мобільних роботів, керування маніпуляторами різногопризначення, автоматизація заводського устаткування.
4. Медицина. Мікрогіроскопи можуть бутивикористані для стабілізації мікроінструментів, у медичній електроніці йдіагностичній апаратурі.
5. 5 .Товари широкого вжитку. ММА можуть знайти застосування длястабілізації зображення відеокамер, для створення систем індивідуальноїнавігації, у нових розробках віртуальних комп'ютерних ігор і спортивногоспорядження.
Широке застосування ММА та зростання потреби в них стимулюютьподальший розвиток данного типу інерційних датчиків. Вдосконалюються їх характеристики,розширюється сфера застосування.
Метою даного проєкту є аналіз теоритичних основ тапрактичних застосувань сучасних мікромеханічних акселерометрів.
1.Оглядлітературних джерел за темою дослідження
Сучасний науково-технічний прогрес в багатьох випадкахтісно пов’язаний із застосуванням нових датчиків та приладів. Як вже булозазначено раніше, міромеханічні акселерометри знаходять своє застосування врізноманітних галузях промисловості, особливо в тих, котрі потребують мімізуватигабаритні розміри та мінімальні затрати. Наприклад, в автомобілебудуванні вонивикористовуються в першу чергу для забезпечення безпеки водія та пасажирів.Іноземне слово «акселератор» відомо давно. Зазвичай — це педаль газу, принатисканні якої водій заставляє автомобіль рухатись швидше, тобто зприскоренням. А виміряти прискорення дозволяє такий прилад, як акселерометр. Вмашинобудуванні цей прилад з’явився зовсім недавно, а в ракетах, підводних човнах,літаках, акселерометри є чутливими елементами систем автоматичного керування рухом[1].
Розглянемо наведені в літературних джерелах основніхарактерні особливості акселерометрів. В основі конструкції акселерометра –грузик (інертна маса), який змінює своє положення в корпусі на пружині (абоіншому пружному елементі), реагуючи на силу інерції, при виникненні прискоренняабо різкому зменшенні швидкості руху машини. Чим більше прискорення, тим більшевідхилення грузика. Коли сила інерції врівноважується силою пружини, величина йогозміщення від нейтрального положення свідчить про прискорення, реєструєтьсябудь-яким датчиком переміщення і перетворюється в електричний сигнал на виходіприладу. Цей сигнал потім передається в бортовий комп’ютер [1]. Конструкціяприладу така, що акселерометр реагує на ту складову, яка співпадає з напрямком переміщеннягрузика, так званою віссю чутливості. Найпростіші акселерометри мають одну такувісь, але є із двома та трьома. Особливостями акселерометра є також те, що він реагуєна силу земного тяжіння. В одному випадку це заважає, а в іншому навпакидопомагає. Наприклад, якщо автомобіль знаходиться на схилі то акселерометрвимірює проекцію прискорення сили тяжіння g на свою вісь чутливості –(/>), що дозволяє вимірятинахил авто.
В роботі [2] наведено опис конструкції та принципфункціонування акселерометра на рухомому об’єкті. Нехай на автомобілі, який рухаєтьсяпо рівнинній місцевості, встановлений двоосний акселерометр вимірювальні осіякого встановлені в горизонтальній площині: X- по осі автомобіля,Y-перпендикулярно їй, тобто: X – вісь лінійного прискорення, а Y- вісь кутовогоприскорення, яке з”явилось внаслідок кручення (повороту). Якщо проінтегрувати вимірюванеприскорення, а також якщо відомо початкове місце знаходження об’єкта і векторпочаткової лінійної швидкості, то можна знайти місце знаходження об’єкта наданий момент. При русі по горизонталій площині датчик не буде реагувати на прискореннятяжіння, але при підьомі та на спуску, тобто при продольному та боковому кренах,виміряне прискорення руху буде додаватися до складових прискорення тяжіння /> та/>, де /> - відповідні кути нахилу поосям (X,Y). При цьому датчик буде розрізняти додатні та від’ємні кути нахилу, зцього випливає, що датчик буде вимірювати тільки крен при відсутності прискореногоруху або взагалі при відсутності руху. Таким чином датчик можна використовуватив автомобілі для забезпечення зпрацьовування захисних засобів при різкому гальмуванні.
Розглянемо зображену на рис.1 схему чутливого елемента двоосногоакселерометра ADXL202 ADXL210 фірми Analog Devices.
/>
Рис.1.Схема чутливого елемента двоосного акселерометра ADXL202
Його основа складається з прямокутної пластини, яка має масу/> і яка встановлена наполісіліконових ресорних підвісах /> — /> розташованих по кутампластини. Підвіс показаний в збільшеному вигляді на рис.2.
/>
Рис.2.Ресорний підвіс акселерометра ADXL202
Пластина може рухатись у своїй площині під дією сил інерціїта тяжіння (по осям X, Y). Величина зміщення визначається прикладеною силою,врівноваженою силою пружності, яка виникає завдяки деформації підвісок та пропорційнацьому зміщенню.
По бокам пластини розміщені дифереціальні конденсатори />, />, />, />, рухомі частини (пальці) котрихмеханічно є одним цілим з пластиною. Кожен рухомий палець охоплениний двома нерухомими,разом вони утворюють диференційний конденсатор, який складається з двох секцій.При зміщенні рухомої частини ємність одного конденсатора збільшується, а іншого- зменшується. Розбаланс ємностей зумовлений рухом пластини та використовуєтьсяв електричній частині датчика для використання у якості вхідного сигналу. Цей сигналпропорційний вимірювальному прискоренню. Конденсаторів є декілька з кожногобоку, вони включені паралельно, в результаті чого чутливий елемент має двасумарних конденсатора — /> та />. Розміри елементівконденсатора такі: довжина активної частини пальців складає 125 мкм, висота 2мкм, зазор між рухомими та не рухомими пальцями близько 1,3 мкм. Електрична частинадатчика ADXL202 ADXL210 складається з наступних пристроїв:
- двохтактний високочастотний генератор, вихідна напруга якогоподається в протифазі на нерухомі пальці диференційних конденсаторів(/>,/>);
— демодулятори ( в кожному каналі X, Y), входи яких підключенідо рухомих пальців />,/>; в демодуляторах вихіднийсигнал конденсаторів, величина та фаза якого визначаються з вимірювальнимприскоренням, демодулюється в порівнянні з напругою високочастотногогенератора;
— RC- фільтри на виході демодуляторів, резистори якихзнаходяться в складі мікросхеми, а конденсатори, що забезпечують разом зрезисторами фільтрацію вихідного сигналу демудулятора, можуть бути підключенізовні. Тобто, виводи підключення конденсаторів є виводами вихідного аналовогосигналу;
— двохканальний перетворювач вихідної аналогової напруги в сигналз широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Вимірювальне прискорення пропорційне />, де />, /> — тривалістьімпульсу, /> -період ШІМ- сигналу. Період може бути встановлений в межах від 0,5 до 10 мс.
В інших датчиках – мікросхеми ADXL150/190/250 [2] на виході замість ШІМ- перетворювача використовуютьбуферні підсилювачі, які дозволяють також робити підрегулювання нуля тамаксимального показання шкали вихідної напруги. Ця мікросхема має температурнийдатчик, який може бути використаний для температурної компенсації вихідної напругидатчика прискорення. Всі датчики мають канал самотестування. Використанняспеціалізованих процесорів забезпечує отримання вихідних даних в цифровій формі[2].
Акселерометри застосовуються в різноманітних системах рухомихоб’єктів, наприклад системах як керування, так і в системах безпеки рухуавтомобіля, адже безпека життя людини та комфортність руху на сьогоднішній деньє головними задачами в автомобілебудуванні.
На рис.3 показано застосування інерціальних датчиків вавтомобільних системах [4].
/>
Рис.3. Прикладзастосування інерціальних датчиків в автомобілі
Зеленим кольором на рис.3 показано акселерометри, які реагуютьна зіткнення автомобіля. Для цього використовується датчики типу: ADXL78/193. Для визначення перевороту використовується ADXL203 та ADXL150/300.Жовтим кольором позначено використання акселерометра в динаміці керування рухомдля цього також використовуються акселерометри ADXL203 та ADXL150/300.Червонимзображено керування підвіскою машини – це ADXL103/203 ADXL213. Для навігації (фіолетовий) застосовують ADXL150/401 ADXL203.
На рис. 4 зображені датчики системи безпеки, якізабезпечують безпеку життя людини та комфорт. До них відносять датчикиактивації подушок безпеки та ременів безпеки.
/>
Рис.4.Датчики системи безпеки
/>
-Додаткові датчики
-Двоосні датчики активації подушок
безпеки
-Датчик керування підвісом
/>
- Подушки безпеки
- Датчик ременів безпеки
-Гіроскоп
Таким чином, як видно з наведених даних, сучасніакселерометри мають широке застосування в автомобілебудівній промисловості [3]для забеспечення необхідної безпеки та комфорту руху.
Розглянемо, яким чином відбувається вимірювання прискореньакселерометром, який встановлений в автомобілі.
На рис.5 показано дію прискорення земного тяжіння наакселерометр.
/>
Рис.5.Показання одноосного акселерометра ADXL150 в залежності від його положення відносно поля земного тяжіння: 0, 0, +1, -1 g
Акселерометр знаходиться в статичному (нерухомому) стані,прискорення руху відсутнє, але його показання виникає завдяки силі тяжіння ізалежить від місця розташування відносно Землі. Слід відмітити те, щовідповідно до рис.5 проводиться не тільки вимірювання, а і калібровкаакселерометра. Прискорення земного тяжіння залежить від географічної широти, ізурахуванням впливу обертання Землі, знаходиться в межах від 9,78/>( на екваторі) до 9,834/>(на полюсах)при середньому значенні 9,81/>, крім того прискорення залежитьвід висоти над рівнем світового океану.
Рис.6. Приклад вимірювання лінійного прискорення та прискорення земного тяжіння (X– продольна, Z– вертикальна вісі автомобіля) На рис.6 показано прикладвимірювання продольного крену автомобіля при використання прискорення земноготяжіння.
/>/>
Вісь акселерометра, завдяки якій проводиться вимірювання, співпадаєз продольною віссю автомобіля X. Цим же акселерометром проводиться вимірюваннялінійного прискорення автомобіля. На рис. 6, а та рис. 6, б показані векторидодатного та від”ємного прискорення руху, та відповідні їм вектори прискореннясил інерції, а також вектори прискорення земного тяжіння, який розташований наосі Z. На рис. 6, в та рис. 6, г показано спосіб вимірювання продольного крену.Якщо автомобіль не рухається – показання акселерометра зумовлені тількипроекцією вектора прискорення земного тяжіння на вісь X: />, />, де /> та /> — додатній та від”ємнийкут нахилу автомобіля. Аналогічним чином по поперечній осі Y може виконуватисьвимірювання кутового прискорення та поперечного крену автомобіля [2].
Таким чином в даному розділі на основі проведеного оглядулітературних джерел розглянуті основні особливості акселерометрів, загальнийпринцип роботи та сфери застосування.
2.Технологічніоснови виробництва мікромеханічних приладів
2.1.Вирощування кристалів
/>Мікромеханічні прилади виготовляютьсяз кристалів кремнію. Для виготовлення пластин використовується хімічно чистий кремній,який добувають із кварцу, іншими словами (з двоокису кремнію) шляхом відновленняз використанням вуглецю [5]. В ході реакції відновлення кисень двоокису кремніюзв’язується з вуглецем, таким чином отримуємо окис вуглецю, а кремній виділяєтьсяу вигляді чистої речовини. Далі йде процедура очистки, після чого допустима концентраціязабруднюючих речовин складає 0,1 мільйонної долі відсотку. Для вирішення задачівирощування кристалів як правило застосовують два методи: метод Чохральского тазонну плавку. В обох випадках беруть невеликий кристал з ідеальною структурою, якийв першому випадку (рис.7) занурюють в розплав кремнію, а потім безперервнообертаючи повільно витягують разом із налиплим матеріалом.
Рис.7.Метод вирощування кристалів( Метод Чохральского)
В ході наступної дії – охолодження, матеріал котрий налип кристалізується,що і є зародковий кристал. Якщо зародковий кристал буде мати ідеальну структуру,то і кристал, який з нього, виросте також буде мати ідеальну структуру. Згідно методуЧохральского швидкість вилучення кристалу із розплаву лежить в межах від десятихдолей міліметра до декількох міліметрів за хвилину.
В методі зонної плавки виконується повільне опускання зонирозплаву (рис.8).
/>
Рис.8.Метод вирощування кристалів (Метод зонної плавки )
Кремній, котрий залишився на зоні розплавки застигає у виглядімонокристалу. Розплавлений кремній не розтікається в різні боки, йому заважаютьсили поверхневого натягу, але до тих пір, поки стержень залишається доситьтонким .
Методом Чохральского можна отримати стержні діаметром до 150 мм, а методом зонної плавки — до 100 мм.
Відомо, що використовуються пластини, товщина котрих можебути від 200 до 600 мкм, причому різниця може бути досить велика. При виготовленніінтегральних перетворювачів потрібно використовувати пластини строго заданої товщини.В цьому випадку видалення непотрібного матеріалу можна виконати не тількимеханічною обробкою, а і хімічним травленням. Але поверхня прицьому повинна бути полірована, щоб, по-перше, проводити на ній фотолітографію,а по-друге — не погіршувати стану поверхні після травлення, завдяки якомувиготовляється сам пружний елемент.
Якщо поверхня кремнієвої пластини отримана після різки злиткуз мікронерівностями порядку декількох десятків мікрометрів, то потрібновиконати поліруюче травлення, після чого зніметься 50-70 мікрометрів та поверхня,яка отримається, буде мати мікронерівності декількох мікрометрів. Хоча якістьповерхні значно гірша, ніж після механічної обробки, але її також можнавикористовувати для фотолітографії та мікропрофілювання пластини.
Окислення кремнієвої пластини є хорошим способом, але порівняноіз стандартною технологією має деякі обмеження:
1. Якісний окиспотрібно мати з обох сторін пластини.
2. Товщина окисуповинна витримувати не тільки звичайні випробування (захисні функції придифузії домішок, паразитними ємкостями провідників).
Існують також захисні поверхні кремнію при глибокомумікропрофілюванні пластини методом анізотропного хімічного травлення. Шар двоокисукремнію формується на підложці за рахунок хімічного з’єднання в напівпровідникуатомів кремнію та кисню, який подається до поверхні кремнієвої підложки, нагрітоїв технічній печі до високої температури (900-1200 С) (рис.9).
/>
Рис.9.Термічнеокиснення.
Пластини розміщуються в кварцовій трубці діаметром 120-130 мм. Окислення відбувається протягом 6-ти годин в залежності від товщини окису.
Окислення проходить набагато швидше в атмосферному середовищіволого кисню, тому вологе окислення використовується для більш товстих захиснихшарів.
Найчастіше використовується товщина окису, яка складає десятідолі мікрону, а верхня практична межа по товщині для звичайного термічного окисленняскладає 1-2 мікрометра. Значним кроком вперед в окисленні захисного шару насьогодні є добавляння в процес окислення хлористих компонентів. Це призвело до покращеннястабільності порогової напруги польових МДП-транзисторів, збільшенню напруженняпробою діелектриків [1].
2.2. Розмірнаобробка
Чутливі елементи мікромеханічних приладів представляютьсобою об’єми складної конфігурації з різноманітними наскрізними та глухими щілинами.Розмірна обробка пластинвиконується за допомогою травлення, вибір якого залежить від відкриття “вікон” взахисній оксидній плівці. Цей процес називається літографія. Літографічніпроцеси формують на поверхні підложки шар стійкого до наступних технологічнихдій матеріалу, котрий зможе під дією випромінення визначеної хвилі змінювати своїхарактеристики, і перш за все стійкість [ 5 ].
2.3. Літографія
В залежності від довжини хвилі застосованого випромінення застосовуютьнаступні види літографії: фотолітографію (оптичну), електронно-променеву, рентгенівськута іонно-променеву.
Фотолітографія є основним технологічним процесом вмікроелектронному виробництві.
Для виготовлення масок використовують електронно-променевулітографію. Із-за ефекту розсіювання відбитих електронів в мікроструктурах звисокою густиною мінімальна ширина лінії обмежується величиною 0,5 мкм.
Рентгенівська літографія дозволяє зменшити лінійні розміридо декількох десятків нанометрів, при цьому потрібно використовувати складну поглинаючузмазку або спеціальну тонкостінну захисну структуру. Іонно-променева літографія дозволяєпроводити локальне легування домішок з дуже високою роздільною здатністю (0,01мкм).
3.Вимірюваннямікропереміщень чутливих елементів приладів
Найбільш розповсюдженими перетворювачами переміщеньчутливих елементів мікромеханічних приладів є: тензорезистори та ємніснідатчики.
Розглянемо вимірювання мікропереміщень за допомогоюємнісних датчиків [5].
Ємнісний перетворювач працює на основі вимірювання ємностіміж рухомим електродом 1, який зазвичай розташований на рухомій частиніакселерометра (чутливому елементі), та нерухомими електродами 2 які знаходятьсяна корпусі (рис. 10).
а-а />
C2
C1 />/>
Рис.10Ємнісний перетворювач переміщень
Ємності між відповідними парами електродів визначаються заформулами:
/> />; /> /> ; (1)
де — /> -діелектрична проникливість між електродами; /> (Ф/м);/> — площа взаємногоперекривання електродів; />-зміщення рухомого електроду; /> — початковийзазор між електродами.
Із залежності (1) випливає, що кожний з параметрівприводить до змінення параметрів ємнісного перетворювача. Щоб запобігти впливу площіперекриття площу рухомого електроду роблять меншою, ніж площу нерухомого. Слід мати на увазі, що між кожноюпарою електродів є силова взаємодія, яка визначається за формулою:
/> i=1,2, (2)
де /> - електричнізаряди на електродах.
Також вплив має і параметр />, вплив котрого запобігається в електроннійсхемі. Вимірювальна схема з ємнісними перетворювачами переміщень повинназадовольняти таким умовам [1]:
1. Лінійністьстатистичної характеристики у всьому діапазоні вимірювання.
2. Відсутністьвпливу діелектричної проникливості середовища, яким заповнено простір між вимірювальнимиелектродами перетворювача.
3. Достатня фільтраціявихідного сигналу від несучої частоти генератора, до якого включений ємніснийміст.
4. Виключення впливутяжіння між рухомими і нерухомими електродами ємнісного моста.
5. Мінімальнакількість схемних елементів.
Найбільш підходящою схемою по вимогам, є схема на рис.11.
/>
Кл1
Кл2
q />/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
Рис.11.Принципова схема ємнісного перетворювача
Час роботи перетворювача можна розділити на два такти: першийтакт підготовки, під час якого заряджається заряд вимірювальних конденсаторіввід джерела опірних напруг. Ключ синхронного детектора Кл1 замкнений, аінтегратор виконує функцію аналогового запам’ятовуючого осередку [5]. Другий такт– вимірювальний, під час якого виконується перезаряд вимірювальних ємностей,ключ синхронного детектора розімкнений, що призводить до подачі сигналу на вхідінтегратора та кола зворотнього зв’язку. Два плеча ємнісного моста представляютьдиференційні вимірювачі ємності С1, С2, а два інших плеча- джерела опірноїнапруги /> та />.
/>Вихідний опір вимірювальної діагоналіємнісно-резисторного моста є високоомним, а рівень корисного сигналу після мостанедостатній для подальшої обробки [5]. В зв’язку з цим міст доповненийповторювачем заряду на операційному підсилювачі (Оп1), який одночасно виконує функціютрансформування високого опору у низький та порівняння сигналів моста та кола зворотногозв’язку. Резистори суматора зроблені однаково і мають однаковий опір (R1=R2).
Рис.12.Структурна схема ємнісного перетворювача
Відповідно до структурної схеми (рис.12) повна передатнафункція перетворювача має вигляд:
/> (3)
де /> — статистичнийкоефіцієнт передачі перетворювача; /> — сталачасу інтегратора; s –оператор Лапласа.
Інтегратор виконує дві функції. По-перше — він придаєпорядок астатизму перетворювачу, в результаті чого температурний дрейф електроннихвузлів прямого кола охоплений зворотнім зв’язком, не впливає на точністьперетворення. По-друге в підготовчому такті разом із ключем синхронного детекторавін виконує функцію аналогового запам’ятовуючого осередку результату перетворенняна попередньому такті. При s=0 з виразу (3) одержуємо, що напруга на виході вимірювальноїсхеми дорівнює:
/>. (4)
З формули (4) випливає, що основними причинамитемпературної похибки вимірювального кола є нестабільність джерела опорноїнапруги та нестабільність зазору між електродами.
Температурну похибку можна визначити за формулою:
/> (5)
де /> - температурнийкоефіцієнт напруги стабілізатора; />-температурний коефіцієнт матеріалу який впливає на змінення зазору.
Температурний коефіцієнт напруги стабілізатора приблизно напорядок перевищує величину інших похибок. В якості одного з способів підвищенняточності ємнісного перетворювача є вибір стабілізатора, знак температурного коефіцієнтанапруги якого не співпадає зі знаком температурного коефіцієнта зміненняпочаткового зазору.
Для діапазону температур (-60 …+80) /> сумарна відноснапохибка складає />% від діапазону вимірювання.
4.Структурата принцип функціонування мікро механічних акселерометрів
4.1.Загальні принципи побудови
А-А Один з перших кремнієвихакселерометрів був виконаний по схемі, наведеній на рис. (13) [5].
/>/> /> /> /> /> /> />
Рис. 13Принципова схема балочного акселерометра
Г1 Діапазон вимірювання прискореньвід 0,1 до 500 м/с2, а частотний діапазоні від 0 до 100 Гц. Блок-схема чутливогоелемента з частотним виходом представлена на рис. 14, чутливий елементскладається з двох маятників кожний з яких підвішений на трьох пружних перемичках[5].
/>/>/>/>`
/>
Рис.14Блок-схема розімкнутого акселерометра з частотним виходом
Номінальний зазор складає 0,039 мм. Маятники складають дві ємності С1 і С2 з електродами, встановленими на корпусі приладу.Обкладки ємностей включені таким чином, що при дії прискорення зазор в одномуконденсаторі збільшується а в другому зменшується.
Кожна ємність включена до складу контура генераторів Г1 таГ2. Частота одного генератора зменшується а другого збільшується. Сигнали відкожного генератора складаються за допомогою змішувача ЗМ, а різницева частотацих сигналів і є вихідним сигналом акселерометра. Така схема акселерометрадозволяє виключити додаткові деталі на маятниках і значно спростити конструкціючутливого елементу.
За вимірюванням різницевих частот двох генераторів можнавизначити прискорення. На рис.15 приведена залежність вихідного сигналуакселерометра від величини діючого прискорення.
/>
Рис.15.Залежність вихідного сигналу від діючого прискорення
При розробці даного типу акселерометра довелось зіткнутися зцілим рядом проблем: явищем самосинхронізації частот двох генераторів, доситьзначною залежністю вихідного сигналу акселерометра від величини напругиживлення та температури навколишнього середовища. Для компенсації всіх цихпохибок розробниками вводилось алгоритмічна компенсація всіх похибок.
По схемі балочного акселерометра випускаються прилади типуАТ1101 та АТ1105.
А-А Широко застосовуєтьсяпідвіс маятника по схемі рис. 16. З таким підвісом маятника можуть працювати,як кутові акселерометри так і лінійні акселерометри при зміщенні центру масмаятника відносно осі пружних перемичок.
/>/>/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
а /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
А />
Рис.16.Гібридний акселерометр компенсаційного типу (схема підвісу)
Маятником може слугувати як внутрішня, так і зовнішняпластина. Акселерометр має гібридну конструкцію – датчик моменту контурузворотнього зв’язку виконаний по традиційній технології і має нерухомийпостійний магніт та обмотку на маятнику. На маятнику напилені електроди, які єзагальною обкладкою ємнісного датчика переміщень маятника, а два іншихелектрода напилені на корпусі приладу. Зазор між маятником та електродами накорпусі складає 0,021 мм. Для збільшення маятниковості встановлений груз.
Акселерометр має встрояну електроніку зворотнього зв’язку,виконану на основі гібридно-плівчатої технології. Акселерометри буливиготовлені для застосування в керуючих боєприпасах з діапазоном вимірюваннявід 100g до 100000g а також для комерційних цілей з діапазоном вимірювання прискорень(0,1-1,5)g.
Блок-схема акселерометра наведена на рис.17. Блок-схема складаєтьсяз задаючого генератора ЗГ, двох підсилювачів У1 та У2, двох випрямлювачів В1 таВ2, диференційного підсилювача ДУ, датчика моменту ДМ, та еталонного опору Rе зякого знімається вихідний сигнал.
/>
Рис.17.Блок-схема акселерометра
Даний тип акселерометра випускається в декількохмодифікаціях (А-12, А-15, А-16), в залежності від конкретного застосування. Ціакселерометри встановлюються в карданні та безкарданні системи.
Основним недоліком описаного приладу є складність конструкціїчутливого елементу.
Акселерометр з встрояною електронікою витримує удари до 50gта має наступні характеристики:
— діапазон вимірювальних прискорень />;
— масштабний коефіцієнт />;
— нестабільність масштабного коефіцієнта />;
— дрейф нульового сигналу на протязі однієї години />;
— дрейф нульового сигналу за час більше однієї години />;
— поріг чутливості />;
— маса акселерометра />;
Є також варіант конструкції акселерометра прямого вимірюванняз підвісом маятника по схемі рис.16, показаний на рис.18 [5]./> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
а) /> />
б) /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
3 /> />
1 /> /> /> /> /> /> /> />
/>
/> /> /> /> /> /> />
а /> /> /> /> /> /> />
в) />
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
А
Рис.18.Маятник акселерометра: а) схема підвісу; б) підключення електродів датчикапереміщення для лінійного акселерометра; в) підключення електродів для кутовогоакселерометра; 1- нерухома пластина; 2- пружний підвіс; 3- рухомий елементпідвісу (маятник).
Рухома пластина 3 являється маятником, який за допомогою чотирьохпружних перемичок підвісу 2 з’єднаний з базовою пластиною 1. Вся маятниковасистема може бути виконана з монокристалічного кремнію анізотропним травленням.Торцеві поверхні бази 1 можуть бути з’єднані зі скляними боросілікатними кришками,наприклад, електростатичною зваркою. Рухома пластина є одночасно центральнимелектродом ємнісного датчика переміщень.
4.2.Структура та принцип дії акселерометра фірми Analog Devicesтипу ADXL
Фірма AnalogDevices випускає серію однооснихдвоосних акселерометрів ADXLдля діапазону вимірювання прискорень від /> до />. Частотний діапазон акселерометра(0-100) кГц.
/>Схема кремнієвого чутливого елементу показана нарис.19, а, а його конфігурація при дії прискорення на рис.19, б [5]
Рис.19.Конфігурація чутливого елемента акселерометра: а) спокій; б) при діїприскорення.
На нерухомі частини конденсатора чутливого елементуподаються протифазні прямокутні імпульси 1 МГц: амплітуди обох прямокутнихімпульсів дорівнюють один одному, але зсунуті по фазі на 180. В спокої ємністьдвох конденсаторів рівна, тому вихідна напруга на їх електричному центрі (нцентральній пластині прикріпленій до середньої балки) дорівнює 0.
Коли балка починає рухатись, то різниця ємностей приводить допояви вихідного сигналу на центральній пластині. Амплітуда сигналу будезбільшуватись із збільшенням прискорення, прикладеного до чутливого елементу.
Принцип вимірювання прискорення ілюстрований блок-схемою нарис.20./> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
а /> />
Рис.20.Блок-схема акселерометра
Центральна пластина через підсилювач У1 підключена досинхронного детектора. Напрям руху балки впливає на фазу сигналу тому синхроннедетектування використовується для виділення інформації про амплітуду. Вихідсинхронного детектора через підсилювач У2 забезпечує вихідну напругу прискоренняV.
Акселерометри цієї серії можуть найти застосування: привимірюванні кутів нахилу в автомобільних сигнальних пристроях; при реакції наінерційні сили для захисту дисків в ноутбуках, в чутливих елементах подушокбезпеки, в системах навігації автомобіля, в системах контролю ліфту, принаявності вібрації та ударів в системах керування станками та контролювібростендів.
Розглянемо акселерометр останнього покоління – це трьооснийакселерометр фірми AnalogDevicesтипу ADXL.
Акселерометр ADXL330 виготовляється в мініатюрному пластмасовому корпусі типуLFCSP_LQ розміром: 4*4*1.5 мм.
Розглянемо наведену на рис.21 функціональну блок-схемуакселерометра ADXL330.
Блок сенсорів мікросхеми включає в себе три чутливих елементи,кожний з яких орієнтований в напрямку однієї з ортогональних осей: x, y, z.Розташування осей відносно корпусу мікросхеми показано на рис. 22. Технологічнапохибка орієнтації осей сенсорів відносно просторових осей при виготовлені таустановці не перевищує 0.1 градус. Наявність технологічної похибки приводить довиникнення систематичної між осевої похибки вимірювання, яка може бути повністюскомпенсована на системному рівні
/>/>
Рис. 22 Орієнтаціяосей відносно корпуса акселерометра
Канал формування вихідного сигналу відповідного прискореннявздовж відповідної осі складається з ємнісного сенсора, допоміжного підсилювача,демодулятора сигналу сенсора, кінцевого підсилювача і зустрічного ортогональногорезистора Rfiltr з опором 32 кОм, якийодночасно є елементом вихідного фільтру нижніх частот. В таблиці 1 наведені дані щодопризначення виводів мікросхеми.
Призначення виводу мікросхеми ADXL330 Таблиця 1 Номер виводу Призначення 1,4,9,11,13,16 Вільний (NC) 2 Само тестування (ST) 3,5,6,7 Загальний (COM) 8 Вихід каналу Z(Zout) 10 Вихід каналу Y(Yout) 12 Вихід каналу X(Xout) 14,15 Напруга живлення Vs
Блок сенсорів прискорення мікросхеми, що містить ADXL330, представляє собою електромеханічний вузол, включаючий в себерухому і статичну частину. Рухома частина – це мініатюрна спеціально оброблена деталь,на поверхні якої сформовані рухомі обкладки трьох диференційних конденсаторів. Рухомачастина за допомогою виготовлених з полікремневих пружинок підвішена надповерхнею підложки мікросхеми, на якій сформовані статичні елементи блоку сенсорів.Застосування єдиного вузла для створення трьох датчиків прискорення дозволяє досягнутивисокої ортогональності взаємного розташування датчиків і, як наслідок — малогорівня міжосьових перешкод.
Пружинки системи підвісу рухомого вузла забезпечують гальванічнийконтакт з рухомими обкладками диференційних конденсаторів. Під дією сил інерціїабо земного тяжіння рухома частинам електромеханічного вузла може відхилятись убудь-якому напрямку в заданих межах. На поверхні підложки напроти обкладки кожногоз диференційних конденсаторів, розташованих на рухомому вузлі, знаходяться нерухоміобкладки. Сигнал на виході кожного диференційного конденсатора залежить від величинизміщення рухомої частини конденсатора, зумовленого відхиленням рухомої частиниелектромеханічного вузла від нейтрального положення відносно відповідних частинна підложці. Принцип формування сигналу на виході диференційного конденсатора проілюстрованона рис. 23. Для вимірювання прискорення за допомогою ємнісного сенсора, побудованогоіз застосуванням диференційного конденсатора, в акселерометрах серії ADXL компанії Analog Devices використовується два частотних протифазнихвимірювача сигналу U1 і U2. Сигнали представляють собою коливання типу «меандр»,які формуються внутрішнім генератором вимірювальних сигналів.
Диференційний конденсатор складається з пластини П1, яка знаходитьсяна рухомому вузлі, і пластин П2 і П3, розташованих на підложці. Як видно з рис.23,нерухома обкладка цього конденсатора виготовлена у вигляді двох пластин, щомають однакову форму і розміри поверхні.
Um
в) />/>/>
/>/>
Рис .23.Формування сигналів на виході диференційного конденсатора при нейтральному положеннірухомої обкладки а) зміщення рухомої обкладки вліво, б) зміщення рухомої обкладкивправо; в) еквівалентна схема сенсора з використанням диференційногоконденсатора.
Всі елементи диференційного конденсатора виготовлені з полікремніяі є хорошими провідниками в діапазоні робочих температур. На кожній з пластиндиференційного конденсатора є контакт для підводу вимірювального сигналу. Привідсутності зовнішнього механічного збудження (рис. 23, а) рухома частинадиференційного конденсатора П1 знаходиться в середньому положенні, парціальніємності С1 і С2, утворені кожною пластиною нерухомої обкладки (П2, П3) і рухомоюобкладкою конденсатора (П1), будуть рівні між собою [1].
Еквівалентна схема сенсора з використанням диференційногоконденсатора представлена на рис. 23, г. Як видно з представленої схеми, ємностіС1 та С2 утворюють ємнісний дільник напруги, до середньої точки якогопідключений вхід допоміжного підсилювача з вхідним опором. Коефіцієнт передачіємнісного дільника kn в цьому випадку дорівнює 0.5. Сигнал Umax, що знімається зрухомої частини П1, представляє собою постійну напругу Um/2 (синя лінія на рис.23, а) оскільки в першому напівперіоді вимірювального сигналу до дільника прикладенінапруги U1=0 та U2=Um, а в другому напівперіоді — навпаки U1=Um та U2=0. При зміщеннісигнальної пластини П1 вліво за рахунок дії сили інерції (рис. 23, б) С1>С2, коефіцієнтділення kn для сигналу U1 більше за 0.5, а для сигналу U2 менше, ніж 0.5, щопризводить до формування на пластині П1 напруги Uвих, яка містить постійну складову,рівну Um/2, і змінну складову, по формі співпадаючу з вимірювальним сигналомU1. Амплітуда змінної складової залежить від відношення ємностей С1 і С2.
Демодуляція сигналу з виходу допоміжного підсилювачаздійснюється шляхом синхронного детектування, для чого в блок демодулятора в якостіопорного подається один з вимірювальних сигналів, (рис. 21). Сигнал на виході блокудемодуляторів при використанні напруги U1 в якості опорного сигналу показаний нарис. 23 червоною лінією.
В таблиці 2 для порівняння приведені параметри декількох акселерометрів.
Параметриакселерометрів ADXL330 ADXL202/ADXL210Таблиця 2 Параметри умови ADXL330 ADXL202 ADXL210
Первічний датчик
Діапазонви мірюваних прискорень g По всі осям по всьому діапазоні 3.6 2
Не лінійність % 0.3 0.2 0.2
Похибка встановлення, градус
/>0.1
/>0.01
/>0.01
Міжосьова похибка %
/>1
/>2
/>2
Чутливість
Скважність %/g 250c Xfilt,Yfilt - 12.5 4
Аналоговий вихід, мВ/g 300 312 100
Температурний дрейф, %/0c
/>0.015
/>0.5
/>0.5
Шум:
Спектральна щільність шуму
10-9g//> X,Y
/>
/>280 500 500
Z 350 - -
Частотні характеристик
Діапазон частот, кГц X,Y Без зовнішнього фільтру 1.6 5 (аналогов.) 5 (аналогов.)
Z 0.5 - -
Резонансна частота датчика, кГц 5.5 10 14
Рівень початкового зміщення вихідного сигналу
Параметри умови ADXL330 ADXL202 ADXL210 Скважність %
/> - 50 50 Вихідна напруга, В 1.5 - - Температурний дрейф 10-3g/0c 1 2 2 Фільтр Технологічний розкид величини внур. опору R, кОм
/>
/>
/>
/> Мінімальна ємність фільтру пФ 4700 1000 1000 Режим само тестування зміна скважність %
/> - +10 +10 Вхідна напруга «0» В +0.6 Вхідна напруга «1» В +2.4 Вихідна напруга Xout, мВ -150 Вихідна напруга Yout, мВ +150 Вихідна напруга Zout, мВ -60 Джерело живлення Діапазон робочих напруг, В 2.0-3.6 3.0-5.25 2.7-5.25 Діапазон струмів, мкА 320 600 600 Час включення, мс
/> 1
160/>+0.3
160/>+0.3 Діапазон робочих температур -25…70 0…70 0…70 /> /> /> /> /> /> /> />
Для обмеження смуги частот вихідного аналового сигналу докожного виходу датчика необхідно підключити конденсатор, який разом звнутрішнім резистором є фільтром низьких частот (ФНЧ). Ємність конденсатора Cfitможна визначити з відношення для частоти зрізу ФНЧ:
/> (6)
де />/>-частота зрізу ФНЧ на рівні -3ДБ, Гц
4.3.Характеристикиакселерометру ADXL330
При розробці систем керування з об’єктами, які використовуютьакселерометри серії ADXL, слід врахувати, щозвуження смуги частот вихідного сигналу дозволяє збільшити точність вимірюваннязавдяки зменшенню впливувнутрішніх шумів вимірювальної системи. В системах вимірювання прискоренняприйнято використовувати одиниці, які є похідними від прискорення вільного падіння/>.
Середнє квадратичне значення рівня шуму на виході мікросхемиADXL330 визначається відношенням:
/> (7)
де n – спектральна щільність шуму, виражена в міліонних доляхприскорення вільного падіння />; BW- ширинасмуги частот вихідного сигналу на рівні 3дБ; k- технологічний параметр, якийдля ADXL330 є рівним 1.6.
Середнє квадратичне і квазіпікове значення рівня шуму навиході вимірювання прискорень із застосуванням акселерометра ADXL330,розраховані для різних значень ширини смуги частот вихідного сигналу відповідноза виразами (6) і (7), приведені в таблиці 3.
Таблиця 3
Рівень шумуна виході системи вимірювання прискорень ADXL330 Смуга частот вихідного сигналу Гц 1 10 50 100 200 500 Ємність конденсатора фільтру мкФ 4.7 0.47 0.10 0.05 0.027 0.01
Середнє квадратичне значення шуму, /> x, y 0.35 1.12 2.50 3.54 5.01 7.92 z 0.44 1.4 3.13 4.43 6.25 9.90
Квазіпікове значення шуму (x,y) /> 1.40 4.48 10.00 14.16 20.04 31.68
Спектральна щільність шуму для вимірювальних каналів x і yмікросхеми ADXL330 однакова і складає (при напрузі живлення3В) /> а для каналу z -/> [1].
Квазіпікове значення шуму з вірогідністю 95% не перевищує4N. При збільшенні напруги живлення рівень вихідного сигналу збільшується пропорційноцій зміні, а відносно рівня шуму зменшується, таким чином він залежить відтемператури нагріву електронних компонентів і залишається практично незмінним.
Значення вихідних сигналів ADXL330 в статичному режимі в залежності від орієнтації мікросхемипоказано на рис. 24.
/>/>
Сила при тяжіння землі /> />
Рис.24. Сигнали на виході схеми ADXL330 встатичному режимі в залежності від орієнтації датчика відносно напряму силитяжіння Землі
4.4.Особливості монтажу
При монтажі мікросхеми акселерометра ADXL330 необхідно дотримуватись обережності в зв’язку з мініатюрнимирозмірами корпусу. Для монтажу цього акселерометра розроблена спеціальна технологіяпайки із застосуванням припою з великим вмістом свинцю, або пайки чистим свинцем.Весь цикл пайки здійснюється за 8 хвилин із заданою швидкістю підігріву і закінчуючиохолодженням, а також з фіксованою довжиною періоду максимального нагріву з обмеженнямтемператури в 260 градусів. Технологія пайки наведена в технічному описі мікросхеми[1].
Всі виводи мікросхеми повинні бути припаяні до плати длязабезпечення великої жорсткості конструкції і точності вимірювання.
Всі виводи напруги живлення і виводи загальної шини повиннібути з’єднані між собою зовнішніми проводами. Для розв’язки по колу живлення поблизувиводу мікросхеми між загальною шиною та шиною живлення необхідно поставитиконденсатор ємністю 0.1 мкФ. При наявності на платі інших схем, які можутьутворювати шуми, рекомендується в коло живлення акселерометра додатково включатирезистор з опором 100 Ом або дросель з ємністю фільтру по колу живлення до 1мкФ.
Калібровку і повірку акселерометра ADXL330 здійснюють за допомогою входу ST (рис 21, табл. 1). В режимітестування на вхід ST необхідно подати напругу живлення />. Подача цієї напруги приводитьдо появи між підложкою і рухомим вузлом електростатичної сили, яка зміщує рухомучастину електромеханічного вузла блоку сенсорів по трьом просторовим осям. В результатісигнал на виході кожного каналу буде змінений наступним чином. При напрузі живлення3В сигнал на виході каналу Х змінюється на (-150 мВ), що еквівалентноприскоренню
(-0.5 g). Сигнал на виході каналу У зміниться на (+150 мВ),що еквівалентно прискоренню (-0.5 g). а на виході каналу (Z – 60 мВ), щоеквівалентно прискоренню (-0.2 g).
В робочому режимі вихід ST може залишатись вільним або бутипідключеним до загальної шини. Необхідно, щоб напруга на цьому виході неперевищувала (Vs +0.3).Для гарантованого обмеження напруги на виході ST акселерометрадоцільно підключати діод у прямому підключенні з малим падінням напруги на pn–переході між виводом ST і шиною живлення Vs.
Висновки
В ході виконання курсової роботи були розглянуті питанняпро застосування мікромеханічних акселерометрів на рухомому об’єкті,автомобілі. Представлені кінематичні схеми, блок схеми акселерометрів різнихвидів, схеми чутливих елементів, ресорних підвісів, розглянуто принцип діїакселерометрів, приведені таблиці з технічними характеристиками, графікивихідних сигналів. Представлені рисунки із схемами застосування та розташуванняакселерометрів на автомобілі з чітким поясненням відповідності роботи тазавдання кожного з них.
Мікромеханічні прилади по своїй природі є мініатюрнимиприладами, тому представлені матеріали, що дають змогу зрозуміти, технологіювиробництва акселерометрів, зокрема технологію та методи вирощування кристалів.
Найбільш важливим є вимірювання мікропереміщень, томурозглянуто методи вимірювання згідно яким зроблено висновок, щодо кращихметодів вимірювання мікропереміщень чутливих елементів мікромеханічнихприладів, один з яких є вимірювання за допомогою ємнісного перетворювача.
5. Організаційно-економічний розділ
Вступ
В двадцять першому столітті мікромеханіка знайшла застосування в дуже багатьох галузях промисловості інародного господарства. Але найчастіше своє застосування вона знаходить у приладах навігації.
Прилади навігації – це прилади до яких відносять належнуувагу, адже найголовнішим в приладах навігації є точність вимірювання,чутливість, діапазон вимірювання.
На сьогодні на ринку споживаннямікромеханічних приладів приладів існує досить жорстокаконкуренція і від того, як твій прилад буде виміряти вимірювальний параметр, який показник рівня технічноїякості, кількість часу, який буде витрачено на розробку, суми, яку даний приладбуде коштувати, буде залежати попит на виготовлення даного приладу.
В даному економіко-технологічному розділі представленаоцінка рівня якості, спланований графік НДДКР та розраховано кошторис НДДКР. [6]
5.1. Оцінка рівня якості виробу
5.1.1. Вихідні положення
Оцінка рівня якості приладу проводиться з метоюпорівняльного аналізу і визначення найефективнішого в технічному відношенніваріанта інженерного рішення. Така оцінка проводиться на стадіях створення нової і модернізаціїдіючої техніки, при впровадженні її в виробництво, у процесі проведенняфункціонально-вартісного аналізу тощо.
На різних етапах оцінка рівня якості виробу має своїособливості.
На стадії створення нових або модернізації діючих виробів(при проведенні функціонально-вартісного аналізу) коли за варіантами, щопідлягають розгляду, недостатньо інформації щодо кількісної характеристикивластивостей виробу, узагальнюючий показник рівня якості — коефіцієнттехнічного рівня (/>) розраховується для кожного варіанту інженерногорішення за формулою:
/>; (8)
де /> -коефіцієнтвагомості і-го параметра якості в сукупності прийнятих для розглядупараметрів якості;
/> — оцінка і-го параметра якості j-го варіанта виробу вбалах;
/> - кількість параметрів виробу,які прийняті для оцінки.
Кращим варіантом інженерного рішення виробу з прийнятих дорозгляду є варіант, якому відповідає найбільше значення коефіцієнта технічногорівня
/> (9)
де /> - кількість варіантів інженернихрішень, які були прийняті для
порівняльної оцінки.
При наявності кількісної характеристики властивостей виробукоефіцієнт технічного рівня можна визначити за формулою:
/> (10)
де /> — відносний(одиничний) і-й показник якості j-ого варіанта виробу.
Далі наведемо порядок розрахунку />та/>.
5.1.2. Обґрунтування системи параметрів виробу івизначення відносних показників якості
На основі даних про зміст основних функцій, які повиненреалізовувати виріб, вимоги замовника до них, а також умов, які характеризуютьексплуатацію виробу, визначають основні параметри виробу (приладу, засобівобчислювальної техніки, програмного продукту), які будуть використані длярозрахунку коефіцієнта технічного рівня виробу. Система параметрів, що прийнята до розрахунків,повинна достатньо повно характеризувати споживчі властивості виробу (йогопризначення, надійність, економне використання ресурсів, стандартизація тощо).Чим більше параметрів прийнято для оцінки рівня якості, тим точніша будеоцінка. У будь-якому випадку кількість параметрів повинна бути не менше шести.Основні параметри виробу повинні бути достатньо охарактеризовані.
Для оцінки рівня якості виробу візьмемо такі параметри:
Кількість осей – характеризує можливість вимірювання;
Робочий діапазон– ширина значень вимірюваної величини, які може зафіксуватиприлад;
Чутливість – характеризує здатність приладу вимірювати
Напруга живлення;
Робочий температурний діапазон – характеризує здатністьприладу вимірювати у несприятливих умовах;
Споживчий струм – характеризує енергоємність приладу;
Викладення методики оцінки рівня якості проводиться длявиробу, який маєбагатоаналогів, візьмемо за базовий приладакселерометр ADXL203 [2] основнітехнічні параметри виробів наведені в таблиці 4.
Таблиця 4
Основнітехнічні параметри виробуМарка акселерометра
Кільк.
осей
Робочий діапазон
g
Чутливість />
Напруга живлення
В
Споживаний
струм
мА
Робочий температурний
діапазон /> ADXL203 2
/>
/> 5(3…6) 0.7
/> ADXL330 3
/>
/> 2.0…..3.6 0.32 -25…+70
Відносні (одиничні) показники якості за будь-якимпараметром />, якщо вони находяться у лінійнійзалежності від якості, визначаються за формулами:
/> (11)
Або
/> (12)
де />, /> - числові значення і-гопараметру відповідно нового і базового виробів.
При нелінійній залежності між параметрами і якістю виробу,або якщо параметри відрізняються більш ніж на порядок, слід використовуватинаступні формули:
/> (13)
або
/> (14)
чи інші залежності, що відповідають специфіці параметру.
Слід пам’ятати, що якщо зі зміною значення параметру новоговиробу відносно базового якість виробу погіршується, то відносний показник якостіповинен бути менше 1, якщо поліпшується – більше одиниці, якщо не змінюється –дорівнювати 1. Наприклад, збільшення величини параметра веде до покращенняякості виробу (продуктивність виробу, економність тощо) і зі збільшеннямкількісного значення величини параметра якість виробу погіршується (маса,габарити, споживана потужність тощо).
Таблиця 5
Відносніпоказники якості.Параметри
Одиниця
виміру
параметра Вироби Базовий ADXL203 ADXL330 Кільк. осей 1 1.5 Робочий Діапазон g 1 2.11
Чутливість />
/> 1 0.3
Споживаний
струм мА 1 0.47
Робочий температурний
діапазон
/> 1 0.6 Живлення В 1 0.5
5.1.3. Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів
Вагомість кожного параметра в загальній кількостіпараметрів, що розглядаються при оцінці визначається методом попарногопорівняння. Оцінку проводить експертна комісія, кількість членів якої повиннадорівнювати непарному числу (не менше 5 чол.). Експерти повинні бути фахівцямив даній предметній галузі.
Визначення коефіцієнтів вагомості передбачає: визначення ступеняважливості параметрів шляхом присвоєння їм відповідних рангів, перевіркупридатності експертних оцінок для подальшого використання, виявлення і оцінкупопарного пріоритету параметрів, обробку результатів і визначення коефіцієнтіввагомості (/>).
Після детального обговорення та аналізу кожний експертоцінює ступінь важливості параметрів шляхом присвоєння їм рангів. Причому 1 присвоюєтьсянайважливішому (найвагомішому) параметру, а n – менш вагомому параметру зобраних для оцінки. Значення оцінок, виставлених одним експертом не можутьповторюватися, окрім випадків, коли експерт вагається і не може виділитинайважливіший параметр. Тоді, наприклад, він виставляє оцінку для обох параметрів1..2.
Припустимо, що результати експертного ранжування мають наступнийвигляд (подано в Табл. 6):
Таблиця 6
Результатиранжування параметрів
Назва
параметра Ранг параметра за оцінкою експерта
Сума
рангів Ri ,R
Відхилення,
/>
/> 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Кільк. осей 1 1 2 3 1 8 -9,5 90,25 Робочий Діапазон 2 3 3 1 2 11 -6,5 42,25
Чутливість /> 3 2 1 2 3 11 -6,5 42,25
Споживаний
струм 4 5 5 5 4 23 5,5 30,25
Робочий температурний
діапазон 6 4 4 4 5 23 5,5 30,25 Живлення 5 6 6 6 6 29 11,5 132,25 21 21 21 21 21 105 367,25
Перед подальшою обробкою перевіряється сума рангів покожному стовпцю (2-6), яка має дорівнювати:
/> /> (15)
lе n — кількість оцінюваних параметрів.
Для випадку 6-ти параметрів, сума рангів по кожному стовпцю(2-6) дорівнює:
/>
Визначення можливості використання результатів ранжуванняпараметрів для подальших розрахунків проводять на підставі розрахункукоефіцієнта конкордації (узгодженості) експертних оцінок. Для цього:
а) визначають суму рангів кожного параметра (по рядках) заформулою (16)
/> (16)
де />— ранг і-гопараметра, визначений l-м експертом;
N — число експертів.
б) проводять перевірку загальної суми рангів за формулою (17), яка повинна дорівнювати
/> (17)
Для випадку 6-ти параметрів та 5-ти експертів, загальнасума рангів дорівнює
/>
в) обчислюють середню суму рангів ( Т ) за формулою (18):
/> (18)
Для випадку 6-ти параметрів та 5-ти експертів, середня сумарангів дорівнює
/>.
г) визначають відхилення суми рангів кожного параметру (Rі) від середньої суми рангів ( Т ) (Табл. 1.3, стовпець 8) за формулою (19):
/> (19)
Сума відхилень за всіма параметрами повинна дорівнюватинулю.
г) обчислюють квадрат відхилень за кожним параметром (/>) та загальну суму квадратів відхилень (Табл. 1.3, стовпець 9) заформулою (20)
/> (20)
д) визначають коефіцієнт узгодженості (конкордації) заформулою (21):
/> (21)
/>
Коефіцієнт узгодженості може мати значення в інтервалі />. У разі повноїузгодженості поглядів експертів коефіцієнт W=1. Чим більше розбіжностей між поглядамиекспертів, тим меншою буде величина W. Визначена розрахункова величина Wпорівнюється з нормативною WH. Якщо />,визначені дані заслуговують на довіру і придатні до використання. Для засобівобчислювальної техніки (зважаючи на відмінність показників для різнихспоживачів) необхідно регламентувати більш вільні межі вірогідності експертнихоцінок. Для засобів обчислювальної техніки (і відповідно програмного продукту)беруть WH=0,67, для електровимірювальних і радіотехнічних виробів WH=0,77.
Якщо розрахункове значення коефіцієнта W
Використовуючи отримані від кожного експерта результатиранжування параметрів (див. Табл. 6), проводиться попарне порівняння всіх параметрів (результатизаносяться в Табл.7). Припроведенні попарного порівняння параметрів слід пам’ятати, що порівнюються нечислові значення виставлених експертами оцінок, а ранги (або місце цих оцінок).Таким чином, якщо, наприклад, перший експерт дав оцінку важливості параметру П1x1=2, а параметру П2 x2=1, то при парному порівнянні параметрів, в Табл. 7 заноситься знак ”>”, бо 2 >1.
Припустимо, що результати попарного порівняння параметрівмають наступний вигляд:
Таблиця 7
Попарнепорівняння параметрівПараметри Експерти Підсумкова оцінка
Числове значення коефіцієнтів переваги /> 1 2 3 4 5 x1 i x2 > > > > 1,5 x1 i x3 > > > 1,5 x1 i x4 > > > > > > 1,5 x1 i x5 > > > > > > 1,5 x1 i x6 > > > > > > 1,5 x2 i x3 > > > 1,5 x2 i x4 > > > > > > 1,5 x2 i x5 > > > > > > 1,5 x2 i x6 > > > > > > 1,5 x3 i x4 > > > > > > 1,5 x3 i x5 > > > > > > 1,5 x3 i x6 > > > > > > 1,5 x4 i x5 > > > > > > 1,5 x5 i x6 > > > > 1,5
Широко використовуються наступні значення коефіцієнтівпереваги
/>
/>
де /> і />— параметри, які порівнюються між собою.
На основі числових даних /> табл.1.4 складають квадратну матрицю />(див.Табл. 5.5).
Таблиця 8
Розрахуноквагомості параметрівxi Параметри xj Перша ітерація Друга ітерація x1 x2 x3 x4 x5 x6 b’i j’ i b’’i j’’i x1 1.0 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 8,5 0,173 69,75 0,1724 x2 1,5 1.0 1,5 1,5 1,5 1,5 8,5 0,173 69,75 0,1724 x3 1,5 1,5 1.0 1,5 1,5 1,5 8,5 0,173 69,75 0,1724 x4 1,5 1,5 1,5 1,0 0,5 1,5 7,5 0,154 62,75 0,1552 x5 1,5 1,5 1,5 0,5 1.0 1,5 7,5 0,154 62,75 0,1552 x6 1,5 1,5 1,5 1,5 1.5 1.0 8,5 0,173 69,75 0,1724 Всього 49 1 404,5 1
Розрахунок вагомості (пріоритетності) кожного параметра i (/>) проводиться для першоїітерації за формулами (22) та (23):
/> (22)
/> (23)
де /> — вагомість і-го параметра за результатамиоцінок всіх експертів — визначається як сума значень коефіцієнтів переваги (/>) даних усіма експертами по і-мупараметру. Результати розрахунків заносяться вТабл. 5.5. Оцінки вагомості параметрів і (/>) розраховують декілька раз, доки наступне значення будевідхилятися від попереднього менш ніж 5 %. Слід пам’ятати, що длябудь-якої ітерації />.
На другій і наступних ітераціях значення коефіцієнтавагомості (/>)розраховується за формулами (24),(25) та (26):
/> (24)
де v – номер відповідної ітерації (ступінь не брати), а /> визначається як
/> (25)
чи
/>. (26)
Відносна оцінка, яка отримана на останній ітераціїрозрахунків, приймається за коефіцієнт вагомості (/>)і-го параметру. За абсолютним значенням (/>)судять про вагомість (пріоритетність) певного параметра виробу
Таблиця 9
Розрахуноктехнічного рівня виробуПараметри
Одиниця
виміру
параметра Вироби Базовий ADXL203 ADXL330 Кількість осей 0,1724 0,2586 Робочий Діапазон g 0,1724 0,3638 Чутливість
/> 0,1724 0.05172
Споживаний
струм мА 0,1552 0.072944
Робочий температурний
діапазон
/> 0,1552 0.09312 Живлення В 0,1724 0.0862 КТ.Р. 1 0,9264
В Табл. 9розраховано КТ.Р. для визначених виробів.
5.2. Планування виконання науково-дослідних тадослідно-конструкторських робіт
Проводитьсяна основі:
виявлення та опису всіх робіт і подій, закріплення закожною роботою виконавців;
визначення тривалості та трудомісткості виконання робіт;
побудови сітьового графіка;
визначення основних параметрів подій (ранній і пізнійстроки здійснення подій, резерви часу подій) і робіт (ранні і пізні початок ізакінчення, повні та вільні резерви робіт);
аналізу і оптимізації сітьового графіка.
Сітьовий графік представляє собою графічну модель процесувиконання комплексу робіт. Сукупність робіт і подій подається у табл. 10, 11. При цьому робіт повинно бути не менше тридцятип’яти, подій — не менше двадцяти п’яти.
Таблиця 10
ЗмістробітШифр робіт Зміст робіт 1-2 Отримання технічного завдання 2-3 Підбір кадрів 3-4 Організація початку роботи 3-6 Розробка правил та розгляду під час проведення НДДКР 4-5 Пошук інформації про об’єкт встановлення 4-7 Пошук інформації по існуючим аналогам 5-6 Замовлення обладнання 5-7 Підготовка робочих приміщень до монтажу обладнання 6-7 Інструктаж робочих з питань правил, розпорядку та техніки безпеки під час проведення НДДКР 7-8 Узагальнення здійсненої інформації 8-11 Монтаж обладнання 8-9 Розробка методології 9-10 Узгодження з замовником технічного завдання 10-11 Первинна розгляд датчиків 11-12 Аналіз технічних характеристик датчиків 12-14 Лабораторне тестування датчиків та вибір оптимальних параметрів для вирішення задач вимірювання 12-13 Оптимальний вибір датчика 13-14 Тестування датчика 14-15 Обробка результатів тестування 15-16 Вдосконалення схеми вимірювання 16-17 Розробка технічної документації 16-22 Випробування датчика в несприятливих умовах 17-19 Калібрування датчика 20-21 Тестування приладу в несприятливих умовах 21-22 Повірка датчика 22-23 Остаточне тестування 23-24 Остаточне написання конструкторської документації 25-26 Узагальнення всієї інформації, Здача приладу і документації
Таблиця 11
Перелікподій№ події Формулювання події 1 Початок роботи 2 Технічне завдання отримано 3 Кадри підібрано 4 Робота почалась 5 Інформація про об’єкт контролю знайдена 6 Розробка правил та замовлення обладнання виконані 7 Інформація про існуючі методи знайдена 8 Зібрана інформація узагальнена 9 Методологія розроблена 10 Технічне завдання узгоджено 11 Обладнання закуплено 12 Монтаж датчика на лабораторну установку 13 Датчик вибрано 14 Тестування датчика закінчено 15 Обробка результатів експерименту завершена 16 Перетворювач вдосконалено 17 Визначення параметрів технічного завдання 18 Параметри вибрані 19 Калібрування приладів завершена 20 Перший тестовий датчик є в наявності 21 Тестування в несприятливих умовах завершено 22 Прилад повірений 23 Остаточні тестування пройдені 24 Вся інформація узагальнена 25 Перевірка та здача конструкторської документації 26 Прилад зданий замовнику
Визначення тривалості виконання робіт проводиться заформулами (27) та (28):
за наявності інформації про мінімальний, максимальний танайбільш ймовірний час виконання роботи –
/> (27)
за наявності інформації про мінімальний та максимальний часвиконання роботи –
/> (28)
де /> - мінімальний час виконанняроботи;
/> — максимальний час виконанняроботи;
/> — найбільш ймовірний час виконанняроботи.
Таблиця 12Шифр роботи
/>,
дні
/>,
дні
/>дні Виконавці Трудомісткість, людино-дні Посада Кількість, осіб 1-2 1 2 1 Керівник проекту 1 1 2-3 2 4 3 Керівник проекту 1 3 3-4 1 2 1 Керівник проекту 1 1 3-6 1 2 1 Асистент 1 1 4-5 3 6 4 Асистент 1 4 4-7 4 5 4 Головний інженер 1 4 5-6 1 5 3
Робочій 1
Робочий 2 1 3 5-7 3 7 5
Робочій 1
Робочий 2 2 10 6-7 1 2 1 Асистент 1 1 7-8 2 3 2
Головний інженер, Керівник проекту,
Асистент 3 6 8-11 9 12 10
Робочій 1,
Робочий 2 2 20 8-9 5 7 6 Головний інженер 1 6 9-10 1 3 2 Керівник проекту 1 2 10-11 6 8 7 Керівник проекту 1 14 11-12 2 3 2
Головний інженер,
Асистент 2 4 12-14 12 20 15 Асистент 1 15 12-13 3 5 4 Робочій 1 4 13-14 10 15 12 Головний інженер 1 12 14-15 2 3 2
Головний інженер,
Асистент 2 4 15-16 5 6 5
Головний інженер,
Асистент 2 10 16-17 1 2 1 Асистент 1 1 16-22 4 10 6 Керівник проекту 1 6 17-19 2 4 3 Головний інженер 1 3 20-21 4 5 4 Асистент 1 4 21-22 15 18 16 Робочій 1 1 16 22-23 16 20 18 Робочій 2 1 18 23-24 2 5 3 Головний інженер 1 3 25-26 8 10 9 Керівник проекту 1 9
Розрахунки рекомендується представити в Табл. 11. У випадку отримання нецілихзначень тривалості виконання робіт, їх округляти потрібно в сторону більшогочислового значення. Тривалість і трудомісткість робіт. Трудомісткість роботи визначаєтьсяза формулою (29):
/>, (29)
де Р – кількість виконавців даної роботи.
Визначення основних параметрів подій (ранніх і пізніхстроків здійснення подій, резервів часу подій) виконують за допомогою формул (30)...(33).
/>
/> - номер події і;
/> — ранній строк здійснення події і;
/> - пізній строк здійснення події і;
/> - резерв часу події і.
Ранні та пізні строки здійснення події визначаються заформулами (30) або (31) та (32)або (33) відповідно.
/>
/>, (30)
/>, (31)
або
/>, (32)
/>, (33)
де /> - час виконання роботи ij;
І – вихідна подія сітьового графіка;0
с – завершальна подія сітьового графіка;
/> - максимальний шлях, що проходитьчерез подію і;
/> — критичнийшлях.
Резерв часу події – проміжок часу, на який можна відкластивідбуття події без порушень строків завершення розробки (проекту) в цілому.
Резерв часу події визначається як різниця між пізнім тараннім строками здійснення події:
/> (34)
Визначення основних параметрів робіт (ранні та пізніпочаток і закінчення робіт, повні та вільні резерви робіт) виконують задопомогою формул (35)...(40).
Ранній з можливих строків початку роботи ij:
/>. (35)
Пізній з допустимих строків початку роботи ij:
/>.(36)
Ранній з можливих строків завершення роботи ij:
/>.(37)
Пізній з допустимих строків завершення роботи ij:
/>.(38)
Повний резерв часу роботи ij (/>) – максимальна кількість часу, наяку можна збільшити тривалість даної роботи, не змінюючи тривалість критичногошляху.
/>.(39)
Якщо резерв частково або повністю використовувати длязбільшення тривалості певної роботи, то зменшиться резерв часу всіх іншихробіт, що лежать на відповідному шляху.
Вільний резерв часу роботи ij (/>) — максимальна кількість часу, наяку можна збільшити тривалість роботи або відкласти її початок, не змінюючи прицьому ранніх строків початку наступних робіт за умови того, що початкова подіяцієї роботи наступила в свій ранній строк.
/>. (40)
Результати розрахунків параметрів робіт слід представити увигляді табл. 13.
Таблиця 13
Параметриробіт сітьового графіку
Шифр
роботи
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 1-2 1 1 42 43 43 2-3 3 1 4 41 44 43 3-4 1 4 5 46 47 43 3-6 1 11 12 46 47 36 7 4-5 4 9 13 44 47 38 4-7 4 9 13 44 48 39 5 5-6 3 12 15 37 40 28 5-7 5 14 19 42 47 33 6-7 1 13 4 39 40 27 1 7-8 2 16 18 50 52 34 8-9 6 22 28 48 54 32 8-11 10 26 36 44 54 28 5 9-10 2 24 26 52 55 31 10-11 7 31 38 50 57 26 11-12 2 33 35 62 64 31 12-13 4 37 41 62 66 29 12-14 15 48 63 34 49 1 1 13-14 12 49 61 57 69 20 14-15 2 51 53 79 81 30 15-16 5 56 61 51 56 16-17 1 57 58 82 83 26 16-22 6 98 104 86 92 6 54 17-19 3 60 63 57 60 19-20 4 64 68 60 64 20-21 16 80 96 64 80 21-22 18 98 116 80 98 22-23 3 101 104 98 101 23-24 9 110 119 101 110 24-25 2 112 114 100 112 19 25-26 4 114 119 110 114
5.3. Кошторис витрат на науково-дослідні тадослідно-конструкторські роботи
Кошторис розробляється виконавцем робіт на основікалендарного плану виконання робіт (сітьового графіка) і затверджуєтьсязамовником або органом, що забезпечує фінансування робіт.
Витрати, що включаються у собівартість НДДКР, групуютьсявідповідно до їх економічного змісту за такими елементами.
5.3.1. Матеріальні витрати
Таблиця 14
Матеріальнівитрати
Назва
матеріалу Стандарт, Технічні умови
Одиниця
виміру Кількість
Ціна
одиниці,
грн.
Сума,
грн. Обґрунтування Витрати на користування мережею Інтернет Gb 1 24,00 24,00 Державна науково-технічна бібліотека України річний пропуск 1 6,00 6,00 Витрати на ксерокс лист 150 0,25 37,50 Принтер шт 1 356,00 356,00 Папір формату А1 лист 3 2,00 6,00 Папір формату А4 уп 1 19,00 19,00 Витрати на друк формату А1 лист 3 6,50 19,50 Всього 468 Невраховані матеріали 25,4 Всього 493,4 Транспортно-заготівельні витрати (5-15%) 49,3 Загалом 542,7
Таблиця 15 Покупнівироби
Назва
Виробу Стандарт, технічні умови
Кількість,
одиниці
Ціна
одиниці,
грн.
Сума,
грн. Обґрунтування Акселерометр ADXL330 1 300 300 Датчик температур 1 30 30 Шнур для ЕОМ 1 10 10 Камера зміни температур 1 350 350 Дріт 10 1 10 Всього 700 Невраховані покупні вироби (5-20%) 105 Всього 805 Транспортно-заготівельні витрати (5-15%) 80,5 Загалом 885,5
5.3.2. Витрати на оплату праці
До цього елементу належать витрати на виплату основної ідодаткової заробітної плати виконавців, обчислені згідно із системами оплатипраці, прийнятими в організації, включаючи всі види матеріальних та грошовихдоплат.
Основна заробітна плата розраховується на основі даних протрудомісткість окремих робіт (наприклад, встановлених в сітьовому графіку) іпосадових окладів основних виконавців НДР. Інформацію про трудомісткість робітзводять до табл.16.
Таблиця 16
Трудомісткістьвиконання робіт
Шифр роботи Трудомісткість, людино-дні
Всього,
людино-дні
Керівник
Проекту Головний інженер Робочий 1 Робочий 2 Асистент
1-2 1 1
2-3 3 3
3-4 1 1
3-6 1 1
4-5 4 4 4-7 4 4 5-6 1 1 1 3 5-7 5 5 10 6-7 1 1 7-8 2 2 2 6 8-11 10 10 20 8-9 6 6 9-10 2 2 10-11 7 7 14 11-12 2 2 4 12-15 15 15 12-13 4 4 13-14 12 12 14-15 2 2 4 15-16 5 5 10 16-17 1 1 16-22 6 6 17-19 3 3 19-20 4 4 20-21 16 16 21-22 18 18 22-23 3 3 23-24 9 9 24-25 2 2 25-26 4 4 Всього 14 43 36 34 58 190 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Денну заробітну плату визначають виходячи з місячнихокладів, враховуючи тривалість умовного місяця (25,4 днів — при 6-ти денномуробочому тижні; 21,1 днів — при 5-ти денному робочому тижні). Результатирозрахунків основної заробітної плати виконавців зводять у табл.17.
Таблиця 17
Основназаробітна плата виконавців
Місячний оклад,
грн.
Денна заробітна
плата, грн.
Трудомісткість,
людино-дні
Основна
заробітна плата, грн. Керівник проекту 3500 165,88 14 2322,32 Головний інженер 2500 118,48 43 5094,64 Робочий 1 2000 94,79 36 3412,44 Робочий 2 2000 94,79 34 3222,86 Асистент 1500 71,09 58 4123,22 Всього 18175,48
Додаткова заробітна плата (премії, одноразові заохочення таін.) розраховується згідно з нормативом, який встановлює підприємство і якийскладає 30 % від основної заробітної плати.
Додаткова заробітна плата в розмірі 30 % складає: 5452 грн.
Сума основної та додаткової заробітної плати складаєвитрати по статті «Заробітна плата» або фонд оплати праці складає:
Сума основної та додаткової заробітної плати складає –23628,124
5.3.3. Відрахування на соціальні заходи
До цього елементу належать витрати здійснювані у порядку тарозмірах, передбачених законодавством України.
Державне пенсійне страхування 33,2 % — 7844,53 грн.
Соціальне страхування на випадок безробіття 1,3 % — 307,16грн.
Соціальне страхування від нещасних випадків на виробництві1,7 % — 401,5грн.
Соціальне страхування у зв’язку з тимчасовою втратоюпрацездатності 1,5 % — 354,5грн.
Відрахування на соціальні заходи: 8907,61 грн.
5.3.4. Витрати на спеціальне обладнання
У цій статті розраховуються витрати на придбання машин,приладів та іншого обладнання, яке необхідне тільки для цієї НДР. Розрахуноквитрат на придбання обладнання проводиться так само, як для витрат на купованівироби, з обов'язковим урахуванням транспортно-заготівельних витрат(табл. 18). Звичайне обладнання, необхіднедля оснащення лабораторій, робочих місць та для інших цілей в цю статтю витратне включають.
Таблиця 18 Спеціальнеобладнання
Назва
Обладнання
Стандарт,
технічні умови
Кількість,
одиниць
Ціна,
грн.
Сума,
грн. Обґрунтування Електронна схема компоновки роботи датчика ADXL 330 1 1200 1200 Всього 1200 Транспортно-заготівельні витрати (5-15%) 120 Загалом 1320
5.3.5. Витрати на службові відрядження
Відряджень не заплановано.
5.3.6. Експериментально-виробничі витрати
Вони включають витрати на виготовлення стендів, досліднихвзірців, окремих вузлів, деталей та ін., коли вони виготовляються в іншихсамостійних відділах або в інших організаціях. У більшості випадків розрахунокцих витрат ведеться шляхом розрахунку собівартості.
Ця стаття враховує витрати на оплату машинного часу,пов'язаного з підготовкою і налагодженням програм. Витрати розраховуютьсявиходячи з кількості годин машинного часу, який необхідний для виконанняпотрібного обсягу обчислювальних робіт по темі і вартості однієї машинноїгодини. Результати розрахунків оформляють і вигляді табл. 19.
Таблиця 19
Витратина оплату машинного часуРоботи, які виконуються на ЕОМ Тривалість виконання роботи, год. Вартість однієї машино-години, грн. Сума витрат, грн. Пошук інформації про ОК 25 1,5 37,5 Пошук інформації про існуючі методи 30 1,5 45 Підготовка документації 15 1,5 22,5 Креслення 15 1,5 22,5 Всього 127,5
5.3.7. Накладні витрати
Витрати по цій статті розраховуються за нормативом,встановленим підприємством відносно до заробітної платні, який може знаходитисяв межах 50 — 100%; для НТУУ (КПІ) — 67% по відношенню до заробітної плати, або20 % від 11-ої статті «Повна вартість роботи, виконаної власними силами».
Накладні витрати складають –23628,124*0,67=15830грн.
5.3.8. Прибуток
Прибуток визначається у відсотках від суми витрат,найчастіше в проміжку (10-35%). Для НТУУ (КПІ) прибуток становить (5-10%).
Прибуток:
(23628,124+542,7+885,5+8907,61 +1320+127,5+15830)*0,1=5124,22
5.3.9. Загальні витрати
Загальні витрати:
23628,124+542,7+885,5+8907,61 +1320+127,5+15830+5124,22=56365,66
5.3.10. Податок на додану вартість (ПДВ)
ПДВ обчислюється в розмірі 20 % від загальних витрат(статті. 5.3.9). Якщо робота фінансується з державного бюджету, то ПДВ ненараховується.
ПДВ=0,2*56365,66=11273,2
5.3.11. Повна вартість роботи, виконаної власнимисилами
Це сума статей 5.3.9 та 5.3.10. У тексті роботи требанавести усі статті витрат з усіма необхідними розрахунками. При цьому необхіднозберегти нумерацію та назви статей. Якщо за якоюсь статтею витрати непередбачені, то необхідно вказати: «Витрати не передбачені».
Підсумки розрахунків зводяться в таблицю, яку требавиконати на окремій сторінці.
Повна вартість роботи: 11273,2+56365,66=67638,8
Висновокдо організаційно-економічного розділу
Вартість будь-якої продукції дуже впливає на їїпопулярність серед споживачів. Ціна в свою чергу може залежати як від якостівибраних матеріалів так і від технічного рівня приладу, тому на це також важливозвертати увагу. В даному проекті ведеться аналіз та вибір мікро механічногоакселерометра.
Було проведено оцінку рівня якості датчика з метоюпорівняльного аналізу і визначення найефективнішого в технічному відношенніваріанта інженерного рішення. Було виявлено, що рівень якості даного датчика вищій за рівень аналога.Коефіцієнт технічного рівня становить 1,08. Отже датчик, що розробляється кращеаналога і може повністю його замінити.
Було проведено сітьове планування науково-дослідних тадослідно-конструкторських робіт. Таке планування дає змогу чітко визначити якуроботу необхідно виконати, та дає змогу розподілити обов’язки міжспівробітниками. Визначивши та описавши всі роботи та події, вони булирозподілені за окремими виконавцями. Крім того було визначено тривалість робітта їх трудомісткість, а також параметри робіт та подій.
Розробивши план проведення НДДКР, було підраховано кошторисвитрат: матеріальні витрати, витрати на заробітну плату, відрахування насоціальні заходи, витрати на спеціальне обладнання, експериментально-виробничівитрати, накладні витрати і т.д. Загалом кошторис витрат на проведення НДДКРсклав 67051,488 грн.
Висновки
В ході виконання курсової роботи були розглянуті питанняпро застосування мікромеханічних акселерометрів на рухомому об’єкті,автомобілі. Представлені кінематичні схеми, блок схеми акселерометрів різнихвидів, схеми чутливих елементів, ресорних підвісів, розглянуто принцип діїакселерометрів, приведені таблиці з технічними характеристиками, графікивихідних сигналів. Представлені рисунки із схемами застосування та розташуванняакселерометрів на автомобілі з чітким поясненням відповідності роботи тазавдання кожного з них.
Мікромеханічні прилади по своїй природі є мініатюрнимиприладами, тому представлені матеріали, що дають змогу зрозуміти, технологіювиробництва акселерометрів, зокрема технологію та методи вирощування кристалів.
Найбільш важливим є вимірювання мікропереміщень, томурозглянуто методи вимірювання згідно яким зроблено висновок, щодо кращих методіввимірювання мікропереміщень чутливих елементів мікромеханічних приладів, один зяких є вимірювання за допомогою ємнісного перетворювача.
В економічній частині проекту було проведено оцінку рівняякості приладу з метою порівняльного аналізу і визначення найефективнішого втехнічному відношенні варіанта інженерного рішення. Коефіцієнт технічного рівнястановить 1,08. Отже датчик, що розробляється м оже повністю замінити свогоаналога.
Розробивши план проведення НДДКР, було підраховано кошторисвитрат: матеріальні витрати, витрати на заробітну плату і т.д. Загалом кошторис витрат на проведення НДДКР склав67051,488 грн.