64
Сурет 2.13 - Транзисторлық матрицаның бір сезімтал элементтерін қосу
сызбасы
Ертеректе көрсетілгендей көпқызметті датчиктер ішінде келешегі бар
микроэлектронды ФШД болып табылады, СЭ бірінде бірнеше құрылымды
кірістіруге мүмкіндік береді, мысалы сенсорлық құрылым, тензоэлементтер
және термоэлементтер, газ сезімтал және магнит сезімтал құрылымдар және т.б.
МЭД үшін келесі физикалық әсерлерді көрсетуге болады (сурет. 2.14).
Сурет 2.14 - МЭД–де қолданылатын температура мен қысым, физикалық
әсерлердің құрылымдық сызбасы
65
2.3 Көппараметрлі датчиктер құрылымы мен элементтерін моделдеу
Замануи
ФШД
құрылымы
және
алдыңғы
қатарлы
болып
микроэлектрондар, құрылымы мен қалыптасуы бойынша көптеген өзара
байланыстағы жүйелер мен ішкі жүйелерден, құрылым мен элементтерден
құралатын күрделі нысандардан тұрады.
Осыған байланысты МЭД әзірлеу кешенді жүргізілуі қажет, оның барлық
деңгейлерін қамту керек, төменгі деңгейден: элементтері мен құрылымынан
бастап, жоғары деңгейден: өлшеу жүйесімен аяқталады [28,с.54]. Бұл жерде
моделдеу замануи датчиктерді әзірлеу үдерісінің міндетті кезеңі болып
табылады. МЭД, оның құрылымын, элементтерін және оларды дайындау
технологиясын моделдеу оларды жетілдіру мақсатында электрофизикалық
сипаттамаларын басқару механизмін анықтауға мүмкіндік береді.
МЭД құрылымы мен элементтерін моделдеу үдерісі күрделілігімен
сипатталады, өйткені МЭД беткі жағында және микрокөлемде болатын
көптеген құбылыстардың массивті материалдарда аналогы болмайды. Одан
басқа, интегральды элементтерде құбылыстардың қалыптасуы көптеген теория
мен заңдарды тарту қажеттілігімен негізделеді, олар қатты дене физикасы,
физикалық химия, тензорлық талдау, ықтималдық теориясы т.б. [42,с.200].
Қорытындысында талданатын элементтер мен құрылымдардың әртүрлі
масштабына
байланысты,
сонымен
қатар
олардың
математикалық
аппараттарының айырмашылықтарына байланысты МЭД аралық моделдеу
жүргізу мүмкін емес. Осыған байланысты моделдеу үдерісіне деңгейлік
технологияны қолдану ұсынылады және 2.15 суретте келтірілген МЭД
құрылымын:
1-ші деңгей – жартылай өткізгішті құрылымды элемент (тұқым);
2-ші деңгей – микроэлектронды құрылым (поликристалл);
3-ші деңгей – алғашқы өлшеуіш элементі (пьезорезистор);
4-ші деңгей – құрылымдық элемент (упругий элемент);
5-ші деңгей – сенсор (сезімтал элемент);
6-ші деңгей – өлшеу жүйесі (өңдеу және келісім сызбасы).
Атап өткендей, МЭД құрылымдық –технологиялық ерекшеліктеріне
байланысты деңгейлері саны бірі бірінен ерекшеленеді, мысалы,
интеллектуалды датчиктерде ол ереже бойынша көп болады.
Келтірілген композиция шартты болып есептеледі, бұл МЭД бағытталған
электрофизикалық параметрлері бар жүйе болып есептеледі. Іс жүзінде МЭД
реттелген электрофизикалық параметрлері бар жүйе, бірақ нақты құрылымды
МЭД қолдану моделдеу үдерісін күрделендіреді. Сондықтан, көп жағдайда
МЭД әзірлеуде тәжірибеде бағытталған параметрлі сенсорлы құрылымды
моделдеу қолданылады. Жеке жағдайларда (жылу және деформация өрістері,
таратылған тоқ линиясы параметрлерін) моделдеуде таратылған параметрлер
мен сәйкес математикалық физика немесе арнаулы қолданбалы бағдарламалар
қолданылады [43-45].
66
Сурет 2.15 - Физикалық шаманың көпқызметті электронды датчигінің
құрылымдық моделі
Математикалық моделдеу процесінде тізбекті дәлдеу принципі
қолданылуда, алдымен «дөрекі» моделі әзірленеді, аз дәрежемен нақты нысанға
жақындайды, сосын, ақпараттың жинақталуына байланысты, нақты, күрделі
моделдер жасалады. Атап айтқанда дәл моделдерді әзірлеуде МЭД күрделі
жүйені жасауда, қуатты есептеу техникасы мен сәйкес бағдарламалық қамтама
қолданылуы қажет, бірақ бұл әрқашан да экономикалық жағынан тиімді
болмайды, сондықтан әзірлеу кезінде инженерлік моделдеу тәсілі мен тәжірибе
нәтижелері, оның ішінде эксперттік білім қолданылады [46,47].
Әртүрлі деңгейлі МЭД құрылымын және элементтерін математикалық
моделдеу алгоритмі 2.16 суретте келтірілген.
67
Сурет 2.16 - МЭД математикалық моделдерінің кешенін жасау алгоритмінің
сызбасы
Жалпы жоспарда МЭД элементтері мен құрылымын моделдеу датчиктің
шығыс шамасы және кіріс шамалар мен сыртқы теріс факторлар болып
табылатын
электрлік
өлшеу
параметрлерінің
арасында
орнатылған
процедуралар болып болады.
Элементтер мен құрылым мен математикалық моделдер кешенін
моделдеуде маңызды параметрлерді нақтылау болып табылады, олар моделдеу
үдерісінде беріледі немесе есептеледі.
2.16 суретте көрсетілген алгоритмдегі маңызды дербес математикалық
моделдердің жеке синтезін жүргізейік.
2.3.1 Физикалық шамалар датчиктерінің ақпараттық моделдері
Ақпараттық моделдерді әзірлеу кезеңінде сыртқы әсер ету факторлардың
жағдайында кіріс және шығыс ақпараттық ағындарының арасындағы
қатынасты анықтайды, соңынан датчик құрылымын жетілдіру үшін талдау
жүргізіледі [28, с. 64; 48].
Достарыңызбен бөлісу: |
