Структура учебного курса 2 страница

УЭ–1 Взаимодействие оптического излучения с оптическими средами. Основные требования к приемникам волоконно-оптического излучения. Взаимодействие оптического излучения с полупроводниками. Поглощение излучения полупроводниками: собственное, примесное.

УЭ–2 Принципы преобразования в ВОД физических величин. Амплитудные ВОД (ВОД с модуляцией интенсивности). ВОД поляризационного типа. ВОД на основе микромеханических резонаторов, возбуждаемых светом. Характеристики микрорезонаторных ВОД физических величин. Оптическое мультиплексирование ВОД физических величин.

УЭ–3 Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ). Принцип действия ВОГ. Принципиальная схема ВОГ. Чувствительность ВОГ. ВОГ с эрбиевым источником.

УЭ–4 Оптические элементы, используемые в ВОД: входные окна, световоды, оптические фильтры, иммерсионные линзы. Материалы волоконно-оптических элементов.

УЭ–К Выходной контроль по модулю.

Модуль 3«Волоконно-оптические датчики»

Руководство по обучению

УЭ 1 «Взаимодействие оптического излучения с оптическими средами».

Учебные цели УЭ–1 Студент должен: иметь представление: – о методах соединения световода с приемниками оптического излучения; – о числовой апертуре волокна; – об оптических свойствах материалов, используемых для изготовления оптических элементов. знать: – требования, предъявляемые к приемникам волоконно-оптических систем передачи; – виды поглощения излучения полупроводниковых веществ; – требования, предъявляемые к материалам, используемым для изготовления оптических элементов фотоприемников. Для успешного овладения материалом УЭ–1 следует изучить п. 3.1 учебного текста УМК (Взаимодействие оптического излучения с оптическими средами).

УЭ 2 «Принципы преобразования в ВОД физических величин»

Учебные цели УЭ–2 Студент должен: иметь представление: – о низкочастотных дрейфах сигналов в ВОД; – о применении амплитудных ВОД в датчиках физических величин: волоконных акселерометрах, виброметрах, датчиках температуры (в т.ч. флуоресцентных), коэффициента преломления жидкости, уровня жидкости, деформаций, давления, скорости потока жидкости; – о физических эффектах, приводящих к модуляции поляризации света и их использовании в ВОД; – о двулучепреломлении; – об оптическом мультиплексировании ВОД физических величин. знать: – структуру преобразований в ВОД; – особенности работы амплитудных ВОД проходного и отражательного типов; – особенности влияния дестабилизирующих воздействий на свойства амплитудных ВОД; – особенности микрорезонаторов; – схему преобразований энергии автогенератора ВОЛ–МРС при фототермическом механизме возбуждения МРС; – схемы построения автогенераторных микрорезонаторных ВОД физических величин; – особенности применения волоконно-оптических лазеров в микрорезонаторных ВОД автогенераторного типа; – устройство, принцип действия и особенности проектирования микрорезонаторных ВОД давления, температуры, ускорения, измерения концентрации газов; – метод когерентной частотной рефлектометрии. Для успешного овладения материалом УЭ–2 следует изучить пп. 3.2–3.7 учебного текста УМК (Принципы преобразования в ВОД физических величин. Амплитудные ВОД (ВОД с модуляцией интенсивности). ВОД поляризационного типа. ВОД на основе микромеханических резонаторов, возбуждаемых светом. Характеристики микрорезонаторных ВОД физических величин. Оптическое мультиплексирование ВОД физических величин).

УЭ 3 «Волоконно-оптические гироскопы»

Учебные цели УЭ–3 Студент должен: иметь представление: – об эффекте Саньяка; – о видности интерференции световых волн; – об эргодичности. знать: – характеристики различных типов оптических гироскопов на основе эффекта Саньяка; – принципиальную схему ВОГ; – особенности применения фазового модулятора в принципиальной схеме ВОГ; – влияние случайных процессов на работу ВОГ; – схему с гармонической модуляцией и синхронным детектированием для обработки сигнала ВОГ; – источники излучения применяемые в ВОГ; – схемы ВОГ с эрбиевыми источниками излучения; – особенности поляризационной подставки ВОГ и методы борьбы с ней. владеть: – методами оценки мощности источника света в зависимости от длины волокна в контуре, при котором основной вклад в шумы будет давать источник излучения. Для успешного овладения материалом УЭ–3 следует изучить п. 3.8 учебного текста УМК (Волоконно-оптические гироскопы).

УЭ 4 «Оптические элементы, используемые в ВОД»

Учебные цели УЭ–4 Студент должен: иметь представление: – о ходе лучей в волоконно-оптических световодах; – о материалах для изготовления оптических фильтров. знать: – требования, предъявляемые к входным окнам фотоприемников; – назначение и устройство различных типов световодов; – методы определения числовой апертуры различных типов световодов; – назначение, классификацию и свойства оптических фильтров; – назначение, устройство и конструкции иммерсионных линз. Для успешного овладения материалом УЭ–4 следует изучить п. 3.9 учебного текста УМК (Оптические элементы, используемые в ВОД).

УЭ–К Выходной контроль по модулю.

После изучения данного модуля Вам необходимо проверить свои знания, ответив на вопросы или выполнив задания: какие существуют методы соединения световода с приемниками оптического излучения? для чего вводится понятие «числовая апертура волокна», как она определяется? какие применяются меры увеличения эффективности ввода излучения в приемник оптического излучения? требования к приемникам волоконно-оптических систем передачи; виды и особенности приемников светового излучения; поясните требования, предъявляемые к материалам, используемым для изготовления оптических элементов фотоприемников; приведите границы пропускания излучения следующих материалов: оптических стекол, кронов, флинтов, германатных, теллуритовых, кварцевых, стекол; приведите марки легкоплавких, тугоплавких и кварцевых стекол, используемых в приемниках оптического излучения, работающих в коротковолновой части спектра; приведите марки материалов, используемых в приемниках оптического излучения для работы в средневолновой и длинноволновой областях спектра; особенности применения полупроводниковых материалов для изготовления элементов волоконной оптики; особенности применения пластмасс для изготовления оптических элементов; как определить коэффициенты отражения «бесконечно толстой» пластины полупроводника и пластины полупроводника конечной толщины; что такое угол Брюстера и как он определяется? приведите закон Бугера для потока излучения в полупроводниках; поясните особенности собственного поглощения полупроводников; почему все фотоприемники на основе внутреннего фотоэффекта обладают селективной (по длине волны) чувствительностью? поясните особенности примесного поглощения полупроводников; объясните принцип действия обобщенного ВОД; приведите структуру преобразований в ВОД; какие существуют разновидности ВОД с амплитудной модуляцией; для чего в волоконную линию вводят нерегулярности? приведите особенности интерференционных ВОД; поясните принципы, лежащие в основе ВОД фазовой модуляции; особенности поляризационных и частотных ВОД; почему фазовые ВОД имеют низкую устойчивость к дестабилизирующим воздействиям? цифровые методы передачи информации в ВОД: достоинства и недостатки; приведите схему включения и принцип действия амплитудного ВОД, в котором отсутствуют низкочастотные дрейфы сигналов; приведите схему чувствительного элемента ВОД отражательного типа; объясните особенности работы ВОД отражательного типа; приведите примеры датчиков физических величин, в основе работы которых лежат ВОД проходного и отражательного типов; объясните принцип действия ВОД проходного типа; волоконный акселерометр: устройство, особенности, принцип действия; особенности реализации датчиков физических величин на основе амплитудных ВОД; поясните влияние дестабилизирующих воздействий на свойства амплитудных ВОД; поясните физические эффекты, приводящие к модуляции поляризации света; что такое двулучепреломление? приведите схему волоконно-оптического вольтметра, в котором используется поперечный эффект Поккельса; что такое микрорезонатор? Как в нем под действием внешних воздействий возникают механические колебания? приведите двухканальную схему ВОД на основе микрорезонатора, объясните принцип действия; объясните устройство схемы преобразований энергии автогенератора ВОЛ–МРС при фототермическом механизме возбуждения МРС; условия возникновения автомодуляции системы ВОЛ–МРС с оптической связью через ИФП; условия возникновения автомодуляции системы ВОЛ–МРС с оптической связью через коллиматор; объясните преимущества, обеспечиваемые применением волоконно-оптических лазеров в микрорезонаторных ВОД автогенераторного типа; микрорезонаторный ВОД давления: устройство, принцип действия, особенности проектирования; микрорезонаторный ВОД температуры: устройство, принцип действия, особенности проектирования; микрорезонаторный ВОД ускорения: устройство, принцип действия, особенности проектирования; микрорезонаторный ВОД измерения концентрации газов: устройство, принцип действия, особенности проектирования; как определить коэффициент преобразования микрорезонаторных ВОД давления, температуры и ускорения? сущность оптического мультиплексирования ВОД физических величин; особенности и преимущества метода когерентной частотной рефлектометрии при оптическом мультиплексировании ВОД физических величин; сущность метода когерентной частотной рефлектометрии; какое количество мультиплексируемых ВОД достигается при применении метода когерентной частотной рефлектометрии? преимущества ВОГ по сравнению с традиционными гироскопами; сущность эффекта Саньяка; выведите выражение, определяющее разность фаз Саньяка встречных электромагнитных волн, распространяющихся в кольцевом контуре; охарактеризуйте типы оптических гироскопов на основе эффекта Саньяка; приведите принципиальную схему ВОГ; приведите выражения, определяющие интенсивность результирующей световой волны, прошедшей через светоделительную пластинку в гироскопе, и видность интерференции световых волн; приведите зависимости интенсивности света на входе в фотоприемник для различных значений коэффициентов деления разделительной пластины, определите видность интерференции, оцените чувствительность ВОГ для этих случаев; для чего в принципиальную схему ВОГ вводят фазовый модулятор? Приведите выражения, определяющие величину дополнительного сдвига фаз и интенсивности излучения для этого случая; из каких условий выбирается частота модуляции ВОГ? Приведите соответствующее выражение; поясните влияние случайных процессов на работу источника, контура и приемника ВОГ; что такое эргодичность? приведите схему с гармонической модуляцией и синхронным детектированием для обработки сигнала ВОГ, поясните ее принцип действия; как определить минимально обнаружимую частоту вращения ВОГ при заданном отношении сигнала к шуму? какие источники излучения применяются в ВОГ? перспективы развития ВОГ; из каких соображений выбирается рабочая длина волны ВОГ с эрбиевым источником? Аргументируйте свой ответ; достоинства эрбиевых суперфлуоресцентных волоконных источников; приведите схемы ВОГ с эрбиевыми источниками излучения, объясните их устройство и принцип действия; методы борьбы с поляризационной подставкой ВОГ; особенности поляризационной подставки ВОГ, методы ее определения; основные требования, предъявляемые к входным окнам фотоприемников; назначение и устройство световодов; изобразите ход лучей в различных волоконно-оптических световодах; какие существуют способы преобразования информации, передаваемой по световодам? как определить числовую апертуру различных типов световодов? что такое афокон? поясните назначение и классификацию оптических фильтров; свойства селективно-поглощающих, отражающих, преломляющих, рассеивающих и интерференционных фильтров; материалы оптических фильтров; приведите схему и особенности интерференционного фильтра; что такое просветление оптических элементов, как оно реализуется на практике, приведите основные соотношения; назначение, устройство и конструкции иммерсионных линз; концентрическая (сферическая) иммерсионная линза: особенности применения; гиперполусферическая (аплантическая) иммерсионная линза: особенности применения; почему не происходит повышения обнаружительной способности за счет применения иммерсионной оптики? как определить коэффициент полезного действия иммерсионной линзы?

УЭ–1 Особенности проектирования датчиков давления. Задачи измерения давления. ДД на современном этапе. Принципы построения аналоговых и дискретных ДД. Воздействие влияющих факторов на ДД. Динамические погрешности при измерении переменных давлений. Особенности эксплуатации и монтажа ДД.

УЭ–2 Тензометрические полупроводниковые чувствительные элементы. Схемы включения тензорезисторов. Тензорезистивные преобразователи. Кремниевые датчики. Характеристики и параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления. Градуировка, балансировка и компенсация температурной погрешности мостовой схемы тензопреобразователей. Технология изготовления интегральных тензопреобразователей. Применение ДД: интегральные преобразователи давления с профилированной мембраной, интегральные преобразователи давления на основе гетероэпитаксиальных структур, интегральные кремниевые тензопреобразователи, преобразователь давления с подстроечными резисторами на кристалле. Датчики аэрогазодинамических давлений.

УЭ–3 Лабораторная работа №5. «Исследование работы полупроводниковых и металлических датчиков давления и механических напряжений».

УЭ–К Выходной контроль по модулю.

Модуль 4«Датчики давления»

Руководство по обучению

УЭ 1 «Задачи измерения давления»

Учебные цели УЭ–1 Студент должен: иметь представление: – о переводе наиболее распространенных единиц измерения давления; – о соотношениях между единицами измерения давления; – о статических, медленноменяющихся и быстропеременных давлениях; – о характерных погрешностях, возникающих при измерении импульсных давлений; – о значениях поправочного коэффициента для систем с газовым заполнением; – о переходном процессе, в системе датчик – трубопровод.   знать: – этапы преобразований в датчике давления, вносимом в измеряемую среду; – особенности и перспективы развития современных датчиков давления; – классификацию и устройство упругих чувствительных элементов современных датчиков давления; – влияющие факторы, действующие на датчик давления; – кинематическую схему датчика давления с силовым возбуждением. владеть: – методами оценки частоты собственных колебаний системы датчик-трубопровод при различных видах заполнения системы. уметь использовать: – особенности эксплуатации и монтажа датчиков давления. Для успешного овладения материалом УЭ–1 следует изучить пп. 2.1 и 2.2 учебного пособия (Датчики давления на современном этапе. Основные типы чувствительных элементов датчиков), и главу 4 учебного текста УМК (Особенности проектирования датчиков давления).

УЭ 2 «Тензометрические полупроводниковые чувствительные элементы»

Учебные цели УЭ–2 Студент должен: иметь представление: – об особенностях диффузионной, автоэпитаксиальной и гетероэпитаксиальной технологий, используемых при изготовлении тензорезисторов; – об особенностях проектирования миниатюрных тензорезистивных датчиков механических и физических величин; – о коэффициентах тензочувствительности современных материалов для изготовления тензорезисторов; – об особенностях тензорезистивных структур «кремний на сапфире» и на основе полупроводников А^IIIB^V; – об областях применения интегральных тензопреобразователей давления. знать: – требования, предъявляемые к материалам для производства тензорезисторов; – принцип действия полупроводниковых тензорезисторов; – типы тензорезистивных структур, изготавливаемых методами интегральной технологии; – особенности проектирования тензорезистивных датчиков давления; – особенностями схем включения полупроводниковых тензорезисторов; – методы балансировки, градуировки и компенсации температурной погрешности интегральных тензопреобразователей; – технологию изготовления интегральных тензопреобразователей. владеть: – методами расчета температурного компенсирующего устройства интегрального тензопреобразователя; – методами проектирования и расчета основных элементов конструкции полупроводникового интегрального тензопреобразователя давления. уметь использовать: – для проектирования датчиков давления или усилия знания о примерном маршруте изготовления чувствительного элемента с микропрофилированной мембраной по планарно-диффузионной технологии. Для успешного овладения материалом УЭ–2 следует изучить пп. 2.3–2.12 учебного пособия (Тензометрические полупроводниковые чувствительные элементы. Схемы включения тензорезисторов. Тензорезистивные преобразователи. Кремниевые датчики. Характеристики и параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления. Балансировка мостовой схемы тензопреобразователей. Градуировка. Компенсация температурной погрешности. Технология изготовления интегральных тензопреобразователей. Некоторые применения датчиков давления. Интегральные преобразователи давления с профилированной мембраной. Интегральные преобразователи давления на основе гетероэпитаксиальных структур. Интегральные кремниевые тензопреобразователи. Преобразователь давления с подстроечными резисторами на кристалле. Датчики аэрогазодинамических давлений. Примерный маршрут изготовления чувствительного элемента с микропрофилированной мембраной).

УЭ–К Выходной контроль по модулю.

После изучения данного модуля Вам необходимо проверить свои знания, ответив на вопросы или выполнив задания: поясните понятие «давление»; что такое барометрическое, абсолютное, избыточное давление? приведите зависимость барометрического давления в разных слоях атмосферы в зависимости от высоты над уровнем моря; осуществите перевод наиболее распространенных единиц измерения давления; приведите соотношения, связывающие единицы измерения давления; какие существуют группы задач измерения давления? дайте определения статических, медленноменяющихся и быстропеременных давлений; почему наиболее жесткие метрологические требования предъявляются к датчикам и системам, измеряющим статические и медленноменяющиеся давления? приведите иллюстрации, поясняющие характер изменения давления во времени; требования к датчикам, предназначенным для измерения быстроменяющихся и пульсирующих давлений; классифицируйте датчики давления по методам электрического преобразования; какими факторами определяются нижняя и верхняя границы работы полупроводниковых чувствительных элементов (ПЧЭ) датчиков давления? в чем проявляется нестабильность тензопреобразователей с интегральными ПЧЭ? поясните особенности структур «кремний на сапфире»; методы компенсации погрешностей тензопреобразователей с интегральными кремниевыми ПЧЭ; приведите примеры разработок и особенности тонко- и толстопленочных измерительных преобразователей давления; приведите примеры разработок и особенности измерительных преобразователей давления, основанных на теории пьезоэффекта; поясните критерии выбора пьезоматериалов и конструкций чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков давления; в чем особенности пьезорезонансных датчиков давления? достоинства и принцип действия волоконно-оптических систем измерения давления; достоинства, недостатки и перспективы развития емкостных датчиков давления. Примеры реализаций; приведите особенности датчиков давления с микропроцессорной обработкой информации, как перспективного направления развития датчиковых систем; приведите этапы преобразований в датчике давления, вносимом в измеряемую среду; проанализируйте характерные погрешности, возникающие при измерении импульсных давлений; осуществите классификацию и приведите устройство упругих чувствительных элементов современных датчиков давления; диапазоны работы упругих чувствительных элементов датчиков давления; классифицируйте влияющие факторы, действующие на датчик давления; как проявляется воздействие вибрационных ускорений на датчики давления? как проявляется воздействие ударных ускорений на датчики давления? особенности воздействия статического давления на датчики пульсирующих и импульсных давлений; как влияет частота собственных колебаний присоединенных объемов жидкости на работу мембранных «ввертных» датчиков давления? приведите кинематическую схему и ее описание датчика давления с силовым возбуждением; приведите оценку частоты собственных колебаний системы датчик-трубопровод для различных видов заполнения системы; как определяются поправочные коэффициенты, учитывающие влияние параметров датчика, трубопровода, заполняющей среды на частоту собственных колебаний системы датчик-трубопровод? что такое смешанное заполнение системы датчик-трубопровод? как определить динамические характеристики датчиков давления, используемых без соединительных трубопроводов и предмембранных полостей? проиллюстрируйте варианты реализации переходного процесса, измеряемого с помощью системы датчик-трубопровод; поясните особенности эксплуатации и монтажа датчиков давления; приведите требования, предъявляемые к материалам для изготовления тензорезисторов; как определить чувствительность, коэффициент тензочувствительности, уход нуля полупроводниковых тензорезисторов при изменении температуры? поясните принцип действия полупроводникового тензорезистора; особенности диффузионной, автоэпитаксиальной и гетероэпитаксиальной технологий для изготовления тензорезисторов; особенности тензодатчиков из кварца; что такое ползучесть тензорезисторов? приведите основные схемы включения полупроводниковых тензорезисторов и их особенности; приведите дифференциальные схемы включения полупроводниковых тензорезисторов для постоянного и переменного токов, объясните особенности их работы; в чем особенности проектирования миниатюрных тензорезистивных датчиков механических и физических величин; схема включения тензорезисторов с дифференциальным резонансным трансформатором: особенности, преимущества, расчетные соотношения; схема включения тензорезисторов в датчике давления с элементами установки и термостабилизации нуля (нелинейность, чувствительность, гистерезис); преимущества и недостатки полупроводниковых тензорезисторов (монокристаллических, интегральных); приведите типы тензорезистивных структур, изготавливаемых из кремния методами интегральной технологии, объясните их особенности, преимущества, недостатки, направления дальнейшего развития; особенности тензорезистивных структур «кремний на сапфире» (КНС); применение полупроводников АIIIBV для создания тензорезистивных структур; тензорезистивные датчики давления: применение, преимущества, недостатки, температурные характеристики; параметры преобразовательной характеристики тензорезистивных датчиков давления; из-за чего возникает нелинейность преобразовательной характеристики тензорезистивных датчиков давления? настройка каких параметров производится при изготовлении тензорезистивных датчиков давления? поясните методы балансировки и градуировки интегральных тензопреобразователей; методы компенсации температурного коэффициента смещения нуля и температурного коэффициента чувствительности; приведите схемы температурной компенсации кремниевого датчика давления; приведите основные схемы температурной компенсации коэффициента чувствительности мостовой схемы включения тензорезисторов; поясните следующие этапы технологии изготовления интегральных тензопреобразователей: подготовка исходных пластин, окисление пластин; поясните следующие этапы технологии изготовления интегральных тензопреобразователей: двухстороннее совмещение (совмещение в инфракрасном свете, двухсторонняя фотолитография, совмещение по сквозным отверстиям), изготовление интегральной тензосхемы; поясните следующие этапы технологии изготовления интегральных тензопреобразователей: микропрофилирование пластин (изотропное травление, травление поликристаллического кремния, электроискровой способ микропрофилирования, микропрофилирование сапфира, анизотропное травление кремния), разделение пластин на кристаллы. как на работу интегральных тензопреобразователей влияют микронеровности на поверхности упругого элемента? приведите конструкцию интегрального балочного акселерометра; приведите конструкцию и объясните принцип действия интегрального кремниевого емкостного преобразователя давления; особенности и недостатки изотропного травления при микропрофилировании пластин; приведите примеры материалов - травителей поликремния; преимущества и недостатки травления поликристаллического кремния (по сравнению с изотропным травлением); преимущества и недостатки электроискрового способа микропрофилирования; почему при анизотропном травлении кремния скорость травления в разных кристаллографических направлениях имеет различные значения? какими факторами определяется форма микропрофиля при анизотропном травлении кремниевых пластин? приведите классификацию методов, используемых для разделения пластин на кристаллы; проиллюстрируйте этапы изготовления интегрального тензопреобразователя; приведите конструкцию интегрального тензопреобразователя давления с профилированной мембраной, объясните принцип действия; приведите конструкцию и основные технические характеристики преобразователя давления, реализованного по структуре КНС; приведите практические схемы реализации топологии интегральных преобразователей с тензорезисторами р-типа в плоскостях (011) и (111); приведите конструкцию, принцип действия и основные характеристики преобразователя давления с подстроечными резисторами на кристалле; датчик аэрогазодинамических давлений: требования к условиям применения; датчик аэрогазодинамических давлений: требования к электрическим параметрам; датчик аэрогазодинамических давлений: требования к надежности; датчик аэрогазодинамических давлений: устройство и принцип работы, функциональная схема; приведите примерный маршрут изготовления чувствительного элемента с мембраной датчика давления.

УЭ–1 Магнитоупругие преобразователи (МУП). Принцип действия и конструкция МУП. Схемы включения МУП. Погрешность МУП. Магнитоупругий датчик измерения силы. Гальваномагниторекомбинационные преобразователи. Датчики Виганда.

УЭ–2 Гальваномагнитные явления. Характеристика основных гальваномагнитных эффектов. Эффект Холла. Материалы для изготовления датчиков Холла (ДХ). Основные параметры ДХ и их связь со свойствами полупроводника. Технология изготовления ДХ. Магниторезистивные преобразователи. Основные параметры магниторезисторов. Технология изготовления магниторезисторов. Применение гальваномагнитных преобразователей в средствах автоматизации. Магнитодиоды. Магнитодиодный эффект. Параметры магнитодиодов. Конструкция и технология изготовления магнитодиодов. «Торцевые» (КД301А – КД301Ж) и планарные (КД304А-1 – КД304Ж-1, КД304А1-1 – КД304Ж1-1) магнитодиоды. Применение магнитодиодов: рекомендации по эксплуатации, бесконтактные клавиши для ручного ввода информации, датчики положения движущихся предметов, датчики постоянного тока, преобразователь частоты вращения.

УЭ–3 Лабораторная работа № 6.

УЭ–4 Лабораторная работа № 7.

УЭ–К Выходной контроль по модулю.

Модуль 5 «Компоненты и датчики, управляемые магнитным полем»

Руководство по обучению

УЭ 1 «Магнитоупругие преобразователи. Гальваномагниторекомбинационные преобразователи. Датчики Виганда».

Учебные цели УЭ–1 Студент должен: иметь представление: – о магнитоупругом эффекте; – о магнитоупругом датчике измерения силы; – о параметрах промышленных гальваномагниторекомбинационных преобразователей. знать: – формулы преобразований магнитоупругих преобразователей; – схемы включения магнитоупругих преобразователей; – методы уменьшения нелинейности, гистерезиса и старения магнитоупругих преобразователей; – принцип действия и конструкцию гальваномагниторекомбинационных преобразователей; – принцип действия и конструкцию датчика Виганда. Для успешного овладения материалом УЭ–1 следует изучить пп. 6.1–6.3 учебного текста УМК (Магнитоупругие преобразователи. Датчики Виганда. Гальваномагниторекомбинационные преобразователи).

УЭ 2 «Гальваномагнитные приборы: датчики Холла, магниторезисторы, магнитодиоды».

Учебные цели УЭ–2 Студент должен: иметь представление: – о материалах для изготовления датчиков Холла; – о параметрах датчиков Холла из антимонида индия; – о применении гальваномагнитных преобразователей в средствах автоматизации; – о бесконтактных клавишах для ручного ввода информации на магнитодиодах; – о топологии фотошаблонов для изготовления кристалла магнитодиода. знать: – основные гальваномагнитные эффекты; – схему включения датчиков Холла; – основные параметры датчиков Холла и их связь со свойствами полупроводника; – технологию получения элементов Холла; – основные параметры и технологию изготовления магниторезисторов; – сущность магнитодиодного эффекта; – основные параметры магнитодиодов; – конструкцию, технологию изготовления и особенности «торцевых» и «планарных» магнитодиодов; – применение магнитодиодов; – технологию изготовления магнитодиода. владеть: – методикой расчета параметров магнитодиода. уметь использовать: – рекомендации по эксплуатации для проектирования устройств с магнитодиодами; – знания о примерном маршруте изготовления магнитодиодов по планарной технологии для проектирования датчиков физических и механических величин. Для успешного овладения материалом УЭ–2 следует изучить главу 3 учебного пособия (Гальваномагнитные преобразователи).

УЭ–3 Лабораторная работа №6 «Исследование характеристик магнитных материалов гальваномагнитными преобразователями».

УЭ–4 Лабораторная работа №7 «Определение магнитной индукции в зазорах дипольной и квадрупольной магнитных систем».

УЭ–К Выходной контроль по модулю.

После изучения данного модуля Вам необходимо проверить свои знания, ответив на вопросы или выполнив задания: сущность магнитоупругого эффекта; приведите формулы преобразований магнитоупругих преобразователей; поверхностный эффект в магнитоупругих преобразователях: методы уменьшения его влияния; принцип действия магнитоанизотропного трансформаторного преобразователя; для чего в плечо, смежное с измерительным, в магнитоупругих преобразователем включается аналогичный преобразователь? дайте характеристику схем включения магнитоупругих преобразователей; охарактеризуйте методы уменьшения нелинейности работы магнитоупругих преобразователей; методы уменьшения гистерезиса функции преобразования магнитоупругих преобразователей; приведите конструкцию и принцип действия магнитоупругого датчика измерения силы; гальваномагниторекомбинационные преобразователи: принцип действия, конструкция, материалы; приведите основные параметры гальваномагниторекомбинационных преобразователей; приведите схемы включения гальваномагниторекомбинационных преобразователей; датчик Виганда: достоинства, устройство, применение; приведите характеристику основных гальваномагнитных эффектов; объясните сущность эффекта Холла; охарактеризуйте материалы для изготовления датчиков Холла; приведите физические свойства материалов для изготовления датчиков Холла; преимущества и недостатки кремниевых датчиков Холла; преимущества и недостатки датчиков Холла из антимонида индия; приведите свойства арсенида галлия, как перспективного полупроводникового материала для изготовления датчиков Холла; приведите схему включения датчиков Холла, объясните назначение токовых и холловских электродов; выведите формулу, определяющую КПД датчика Холла; какие требования необходимо учитывать при проектировании датчиков Холла (по габаритным размерам); поясните основные параметры датчиков Холла и их связь со свойствами полупроводника; причины возникновения остаточного напряжения в пластине датчика Холла и методы его уменьшения; приведите схемы компенсации остаточного напряжения датчика Холла; поясните технологию выпиливания кристаллической пластины Холла требуемой конфигурации из монокристаллического бруска; свойства материалов, применяемых для изготовления контактов к монокристаллической пластине Холла; поясните технологию получения пластин Холла путем напыления на подложку тонких слоев полупроводниковых материалов; стадии формирования приборных структур элементов Холла из поликристаллических пленок InSb в изолированных углублениях; дайте определение магниторезистора, приведите уравнение преобразования магниторезистора; почему для изготовления магниторезисторов находят применение конструкции в виде диска Корбино и в виде коротких прямоугольных пластинок? основные параметры магниторезисторов; что такое нагрузочная способность магниторезистора? для каких целей в основной материал при изготовлении магниторезисторов добавляют антимонид никеля? особенности технологии изготовления магниторезисторов стадии формирования приборных структур магниторезисторов из поликристаллических пленок InSb; особенности измерения индукции постоянных и переменных магнитных полей гальваномагнитными преобразователями; проведите сравнение основных параметров преобразователей магнитного поля; особенности и принцип действия бесконтактных сигнализаторов положения перемещающихся объектов на датчиках Холла и магниторезисторах; приведите разновидности магнитных систем для индикатора положения на основе гальваномагнитных преобразователей; поясните принцип действия датчика перемещения на базе магниторезистора; приведите основные виды магнитных систем датчиков перемещения и зависимости магнитной индукции для них по направлению перемещения; поясните принцип действия датчика перемещения на базе преобразователя Холла; поясните схему процесса преобразования, особенности и конструкцию датчика давления с использованием полупроводникового преобразователя Холла; особенности применения элементов Холла в бесколлекторных двигателях постоянного тока; сущность магнитодиодного эффекта; объясните понятие: «длинный» диод; приведите выражения, описывающие ВАХ обычного и «длинного» диодов; какие условия необходимы для реализации магнитодиодного эффекта в полупроводниковых структурах? охарактеризуйте основные параметры магнитодиодов; от каких факторов зависит магнитная чувствительность магнитодиодов? охарактеризуйте зависимость электрических параметров магнитодиодов от температуры; что такое индукция реверсии магнитодиода? требования, предъявляемые к материалам для изготовления магнитодиодов; приведите примеры конструкций, ВАХ и особенности технологии изготовления «торцевых» магнитодиодов; приведите особенности получения «торцевых» магнитодиодов методами ионного легирования и сплавной технологии; приведите примеры конструкций, ВАХ и особенности технологии изготовления «планарных» магнитодиодов; какими методами создаются зоны с повышенной скоростью рекомбинации носителей при изготовлении «планарных» магнитодиодов; приведите особенности применения контакта металл – полупроводник для изготовлении «планарных» магнитодиодов; приведите конструкцию, технологию изготовления и ВАХ магнитодиодов, изготовленных с использованием контакта металл – полупроводник; приведите рекомендации по эксплуатации магнитодиодов; приведите конструкции, принцип действия и особенности проектирования бесконтактных клавишей для ручного ввода информации на магнитодиодах; приведите конструкцию, электрическую схему, принцип действия и особенности проектирования датчика постоянного тока на магнитодиодах; поясните принципиальную электрическую схему датчика положения движущихся предметов на магнитодиодах; приведите конструкцию, электрическую схему и принцип действия преобразователя частоты вращения на магнитодиодах; объясните схему технологического процесса изготовления магнитодиода; особенности технологии изготовления магнитодиодов из кремния; для каких целей при изготовлении магнитодиодов используют пленки хрома и меди; поясните назначение и приведите топологию фотошаблонов для изготовления кристалла магнитодиода.

УЭ–1 Основные задачи температурных измерений. Физические основы температурных измерений. Погрешности температурных измерений контактными датчиками. Полупроводниковые терморезисторы (ТР). Основные характеристики ТР: температурная зависимость сопротивления, вольт-амперные характеристики, инерционность, стабильность и срок службы. ТР с отрицательным и положительным ТКС. Кремниевые датчики температуры. Применение датчиков температуры: микроэлектронные датчики на основе полупроводниковых материалов, медный, платиновый и марганцевый термометры сопротивления. Бесконтактные измерители температуры. Тепловые фотоприемники. Применение пироэлектриков

Дата добавления: 2015-08-13