Перед государственной аттестационной комиссией

Уважаемые члены аттестационной комиссии! Позвольте представить результаты работы над дипломным проектом, тема которого - …

Выбор темы обусловлен следующими факторами (причинами)

Возрастающий уровень автоматизации, характерный для производства изделий электронной техники, требует создания нового специального технологического оборудования. Продолжительность срока эксплуатации оборудования напрямую зависит от своевременно проведенной диагностики его состояния, а ее качество определяется характеристиками (свойствами) соответствующих измерительно-диагностирующих систем. Следовательно, актуальность рассматриваемой темы очевидна.

Общеизвестно, что в состав подобного оборудования входит большое количество вращающихся частей, быстро изнашивающихся в процессе эксплуатации. Для определения параметров износа используются бесконтактные устройства, к которым относятся, в частности, и сенсорные датчики. Они контролируют рабочее состояние технологического оборудования и позволяют предотвратить выход его отдельных узлов из нормального режима работы, что снижает уровень брака в производстве изделий электронной техники.

Какие датчики используются в настоящий момент? Из числа известных приборов определенный интерес представляют собой датчики, построенные на базе эффекта Холла. Это объект нашего исследования. Несмотря на то, что они отличаются конструктивной простотой и относительной дешевизной в изготовлении, возникает необходимость в усовершенствовании технических характеристик этих устройств, чем мы и занимались при работе над данным проектом.

Основным недостатком цифрового дифференциального датчика Холла является неэффективная схема расположения элементов (она представлена на рис.1). Для измерения параметров вращающего ротора (при смене последнего на другой, с иным расположением зубцов) целесообразно прибегнуть к другой ИС 6, которая позволит усилить слабые сигналы, поступающие с элементов Холла 2,3.

Цель нашего проекта - разработка датчика, аналогичного описанному по выполняемым функциям, но с элементами Холла, вынесенными за пределы корпуса ИС. Создаваемый прибор к тому же должен обладать способностью перемещаться в пространстве в зависимости от расположения зубцов ротора (что можно рассмотреть на рис.3).

Остановимся подробнее на устройстве данного датчика. Как видно на рис.2, в разрабатываемом датчике Холла ИС 6 устанавливается между магнитом 4,5 и ротором 1. В процессе анализа было выявлено, что над ячейками Холла 2,3 модулируется магнитная индукция поля. Зуб ротора действует как концентратор поля, который увеличивает величину его магнитной области, тогда как впадина уменьшает его. Ячейки-преобразователи 2,3 расположены таким образом, что в тот момент, когда над одной ячейкой находится середина зуба, над другой – середина его впадины. При таком расположении сигналы ячеек Холла сдвинуты относительно друг друга на 180.

Обращаем внимание на то, что при подаче таких сигналов на входы (инверсный – неинверсный) дифференциального усилителя DA1 ИС4 они взаимно суммируются (рис.2). На выходе дифференциального усилителя формируется сигнал, удвоенный по амплитуде. С момента выхода сигнал поступает на триггер Шмитта, выполненный на ОУ DA2, там же происходит его преобразование в прямоугольные импульсы. Причем частота их следования пропорциональна скорости вращения ротора.

Кроме этого, в структурную электрическую схему датчика введен элемент модуляции выходного сигнала, который позволяет отображать информацию о параметрах вращения ротора на цифровом индикаторе. Он построен на логических элементах DD1, DD2. Работа этой схемы представлена на временных диаграммах (рис. 5 ).

Теперь несколько слов о технологии изготовления ИС.

ИС должна изготовляться по тонкопленочной технологии термовакуумным методом (что отражено на рис. 9). Для этого рекомендуется применять метод нанесения слоев через отдельные маски, а на заключительной стадии – поверхность пластины необходимо селективно пассировать SiO.

В ходе исследования нами был проведен конструктивно-электрический расчет RC-элементов. Параметры резисторов (рис. 6) определялись по формулам (2-6). Параметры конденсаторов (рис. 7) – по формулам (2-7). (Результаты расчетов можно видеть в таблице 1.) Расчетная топологическая схема ИС представлена на (рис. 8).

Параметры напыления тонкопленочных слоев определялись по формулам (13-16). На данном этапе формирование топологии RC-элементов ГИС заканчивалось.

После напыления слоев масочным методом происходит формирование контактных площадок ГИС (обратимся к рис. 9, е-и), которые образуются посредством локального удаления нанесенного сплошного слоя 9 SiO. Такой метод формирования называется фотолитографическим.

После этого пластина 13 закрепляется на координатном столике 14 установки разделения пластин на кристаллы – ГИСы (рис. 9, к-л). Далее по мере засыхания клея ГИС поступает на установку УЗ, отвечающую за разварку выводов операционных усилителей, транзисторов, диодов ЛОИС типа И – НЕ 19 и выводов кристалла 21 на выводы основания 23 корпуса (рис. 9, м). Вслед за операцией УЗ-сварки и микропайки следует операция герметизации ГИС. Герметизация корпуса ГИС осуществляется контактной конденсаторной сваркой.

На заключительном этапе готовая ГИС монтируется на монтажной плате и устанавливается на магнит, который входит в конструкцию датчика.

Работа над усовершенствованием прибора позволила нам сделать следующие выводы:

1. Размещение элементов Холла за пределами ИС дало возможность, во-первых, оперативно изменять расстояния между ними, если возникает необходимость заменить ротор с одним числом зубьев на ротор с их другим числом и, во-вторых, избежать дополнительного поиска и замены на другую ИС с иным расположением этих элементов в ее корпусе.

2. Введение в электрическую схему ИС датчика блока модуляции выходного сигнала позволило выделять временной интервал следования импульсов для последующего отображения информации о скорости вращения ротора на цифровом индикаторе.

3. Выполнение ГИС по широко используемой тонкопленочной технологии не привело к существенному ее удорожанию относительно базового варианта, что подтверждается приводимыми в главе…экономическими расчетами.

Таким образом, было найдено оптимальное конструкторское решение.

Благодарю за внимание!

Date: 2015-07-27; view: 485; Нарушение авторских прав