項(xiàng)目名稱新型加速度傳感器結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究-在線瀏覽
2024-08-08 22:49本頁面
【正文】 有傳感器的研發(fā)基礎(chǔ)之上，采用項(xiàng)目組已經(jīng)取得的研究成果，從工程實(shí)際出發(fā)，借助于國家863項(xiàng)目“大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究與軟件開發(fā)”，我們有信心開發(fā)出一套結(jié)構(gòu)更合理，性能更優(yōu)越的產(chǎn)品。采用項(xiàng)目組的這些技術(shù)，會在很大程度上改善傳感器的性能。德國Wichi Technologie consulting公司也預(yù)計(jì)：未來幾年加速度計(jì)在移動通信應(yīng)用和消費(fèi)電子領(lǐng)域的年增長率將超過30%，特別是在手機(jī)和便攜式攝像機(jī)方面面應(yīng)用前景較大。其存在的主要問題有：（1）科技創(chuàng)新差，核心制造技術(shù)嚴(yán)重滯后于國外，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，品種不全，產(chǎn)品技術(shù)水平與國外相差15年左右。（3）科技與生產(chǎn)脫節(jié)，影響科研成果的轉(zhuǎn)化，綜合實(shí)力較低，產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足因此，研制一款性能優(yōu)良的加速度傳感器絕對具有良好的市場應(yīng)用前景。 由于國外在加速度計(jì)方面的研究起步較早，但是運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化方法對加速度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的公司還比較少。傳統(tǒng)的加速度傳感器大多為機(jī)械彈簧式，體積大、質(zhì)量大、響應(yīng)速度慢、測量精度低、成本高，應(yīng)用場合受到很大限制。因此，應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行加速度傳感器設(shè)計(jì)具有極高的工程價值和應(yīng)用價值。目前結(jié)構(gòu)拓?fù)浔容^成熟的方法主要均勻化方法、變厚度法、變密度法、結(jié)構(gòu)漸進(jìn)優(yōu)化法（ESO法）。變厚度法也是較早采用的拓?fù)鋬?yōu)化方法，其基本思想是以基結(jié)構(gòu)中單元厚度為拓?fù)湓O(shè)計(jì)變量，以設(shè)計(jì)結(jié)果中的厚度分布確定最優(yōu)拓?fù)?，是尺寸?yōu)化方法的直接推廣。優(yōu)化時以材料密度作為拓?fù)湓O(shè)計(jì)變量，這樣結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題被轉(zhuǎn)換為材料的最優(yōu)分布問題。 （a）載荷1（b）載荷2圖3 兩端固支結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)域項(xiàng)目采用的設(shè)計(jì)方法就是ESO方法中的一種，通過計(jì)算刪除相對結(jié)構(gòu)無用的單元，獲得左右拓?fù)錁?gòu)型。 (a) X向應(yīng)力云圖(b) Y向應(yīng)力云圖圖4 結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)型圖5 L型梁的初始設(shè)計(jì)域 (a) X向應(yīng)力云圖(b) Y向應(yīng)力云圖圖6 結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)型三 產(chǎn)品描述加速度計(jì)按測量量不同分成兩種，一種是角加速度計(jì)，是由陀螺儀（角速度傳感器）改進(jìn)的；另一種就是線加速度計(jì)，線加速度計(jì)的原理是慣性原理，也就是力的平衡；按敏感機(jī)理分，主要有壓阻式、電容式、壓電式、溫敏式(熱對流式)、真空微電子式、隧道式、諧振式等形式。圖7a是中央安裝壓縮型，壓電元件質(zhì)量塊—彈簧系統(tǒng)在圓形中心支柱上，支柱與基座連接。圖7c為三角剪切形，壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。由于壓電元件的特性，壓電加速度傳感器的低頻特性不好，不適合低頻測量。圖7 壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 電容式加速度傳感器是通過可動質(zhì)量塊感應(yīng)加速度，利用平行板電容將質(zhì)量塊的相對位移轉(zhuǎn)換為電容的變化，再通過檢測電路將電容的小變化轉(zhuǎn)換為與其成正比的?？梢?，電容式加速度傳感器按工作原理可以分為變面積式、變間隙式和變介質(zhì)式，多數(shù)是變間隙式的，其結(jié)構(gòu)原理如圖8所示：圖8 電容式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖加速度傳感器基本應(yīng)用范圍如表1。 1 叉指式單軸電容式加速度傳感器目前市面上有的電容式加速度傳感器結(jié)構(gòu)主要為叉指式結(jié)構(gòu)和三明治結(jié)構(gòu)，由于 圖9 電容式加速度傳感器初始設(shè)計(jì)域叉指結(jié)構(gòu)相對較簡單，因此首先在叉指式傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行性能改進(jìn)。其中紅色區(qū)域?yàn)椴豢稍O(shè)計(jì)區(qū)域，取已有的一些較好的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算彈性梁的結(jié)構(gòu)形式。 2 新型三軸電容式加速度傳感器 三軸電容式加速度傳感器是目前的一個主要發(fā)展方向，以前的三軸加速度計(jì)只是簡單地將三個加速度計(jì)組合起來構(gòu)成三軸加速度傳感器。采用這種結(jié)構(gòu)易于封裝，電容工作區(qū)相對于梳齒式電容加速度傳感器更加集中，便于進(jìn)行加工制造，成本相對較低。圖10 三軸電容式加速度計(jì)初始設(shè)計(jì)域如前所述，結(jié)構(gòu)優(yōu)化有三種優(yōu)化方法，這里我們通過形狀和尺寸優(yōu)化來確定傳感器的結(jié)構(gòu)形式。 (a) (b) (c) 圖11 加速度計(jì)初步結(jié)構(gòu)形式財(cái)務(wù)預(yù)測預(yù)測前提：所有數(shù)據(jù)都是以生產(chǎn)投建能力五千只傳感器的能力為例。資金來源主要有以下幾個方面：(1) 自籌10%(2) 863項(xiàng)目支出35%(3) 創(chuàng)新基金15%(4) 大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課題支出5%(5) 吸引銀行貸款35%2 資金投入項(xiàng)目主要以研發(fā)為主，所需的原料、部分生產(chǎn)工藝諸如彈性元件的制作等，都是以直接采購或定做而得，而且可以利用一些項(xiàng)目組現(xiàn)有的資源，因此生產(chǎn)過程中不涉及固定資產(chǎn)的投入。 3 無形資產(chǎn)投入由于本項(xiàng)目是自行申請專利，所以不需要購買，無形資產(chǎn)不需要投入。結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)預(yù)計(jì)要花費(fèi)40萬。 (3)制造費(fèi)用生產(chǎn)用水費(fèi)、電費(fèi)以及租用動力設(shè)備費(fèi)用預(yù)計(jì)需要5萬。所涉及的變動成本又構(gòu)成實(shí)體的原材料費(fèi)用，工人工，銷售人員傭金合計(jì)為25萬。五 企業(yè)獲利能力分析1 銷售收入利潤率=營業(yè)總額/產(chǎn)品銷售收入凈額 ==%即公司每銷售1元的該產(chǎn)品，改指標(biāo)反映了增加收入、提高績效方面的能力。3 總資產(chǎn)報(bào)酬率=稅息前收益/全部資產(chǎn)平均余額 =(+)/(120+) =11%營銷組合策略 由于目標(biāo)顧客比較廣泛，需要采用多種渠道即宣傳方式進(jìn)行宣傳，擴(kuò)大需求量。(
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