发布时间:2023-10-02 17:23:45
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微电子机械技术具有体积小、可靠性强、重量轻以及工作速度快等特点。微电子机械技术是根据集成电路为核心的半导体器件发展起来的一项新型技术。微电子机械技术的发展推动了电子信息时代的进步以及社会工业化的革新。微电子机械技术是微电子技术和微加工技术的结合体。在认识微电子机械技术的过程中还应当要对微加工技术和微电子技术有相应的了解。在微电子机械技术发展之前就已经有科学家从事了相应的电子元器件制造、设备维护、质量控制和半导体芯片等工作。这些工作的进行对探索集成电路为核心的电子技术发展中具有促进作用。微型机械系统可以完成其他电子技术所不能完成的任务。微型技术与微型机械相互结合使得种类繁多的微型器件相继问世。这些器件的批量生产广泛的运用于生活的各个方面。微电子机械技术的产生为各行各业发展带来了巨大的前景。微电子机械技术在电子技术发展的领域中具有极强的灵活性。其发展不仅带动了科学技术的进步,还在一定程度上促进了国民经济的增长。微电子机械技术为技术和工艺提供了一个全新的发展空间。
二、微电子机械技术发展面临的问题
1965年GordonE.Moore作为Intel公司创始人之一,他根据1C芯片发展的规律曾预言了摩尔定律。该定律的预言使得半导体技术发展成为一种可能。当前,集成电路的主要技术为8英寸的0.25um,同时12英寸的0.18um技术发展也已经渐渐成熟,随着科学技术的发展0.15um、0.13um产品己开始投产,正在向0.10pm前进,按照微电子技术这种发展速度,微电子技术发展的速度比预期的还要快。随着微电子技术的发展,使得微加工技术发展的进程加快。微型加工技术是微电机械技术发展的一个关键性技术。LIGA加工、准LIGA加工和硅加工在随着微电子技术的发展朝着更复杂和更高深度的方向发展。微加工技术的发展使得加工技术对材料的要求进一步提髙。我国微型加工技术分别在航空、环境、生物学等领域中广泛运用。如今,微电子机械技术的发展能力在进步的过程中实现了产品非常小的愿望。采用微电子机械技术生产的产品较其他方式产生的产品具有一定的优越性。但是,在我国微电子机械技术不断发展的过程中,微电子机械技术在发展的过程中同样存在一定的问题。其呈现的问题主要有以下几点:首先,由于微电子机械技术并不是传统的机械,其无论是在概念上还是在尺度上远远超出了传统机械运用。导致其在设计和制造方面存在一定的问题。其次;微型机械技术生产的产品具有微小化的特征,使得在生产中存在较大的难度,导致微电子机械技术的产品需要经过专业化的处理才能够被理解和运用。最后,微电子机械技术的发展是在微型电子的发展基础上发展起来的。因此,微电子机械技术的发展始终以微电子技术的发展为前提。
三、微电子机械技术在我国发展的现状和对策
我国在微电子技术发展方面较其他国家落后。但是,在我国微电子机械技术不断发展的过程中,太细的微电子机械并不影响我国电子机械的发展。当前,我国半导体工艺加工水平已经完全满足微电子机械技术发展的要求。同时,根据原有硅基压力传感器和相应的石英加速器,使得我国在微电子机械技术发展的过程中,把握微电子技术发展的方向,结合国外发展的经验,将我国微电子机械技术发展的更为先进。当前,我国科学技术与国外相比存在一定的差距。差距的产生不仅仅是科学技术水平的原因,还存在一定的原因就是国家应当加大相应的资金投入,鼓励我国微电子机械技术的发展。微电机械技术的发展对我国科学技术的发展具有重要的促进作用。为能够保证其他科学技术能够获得更好的发展,微电子机械技术的发展必不可少。唯有加大资金的投入,培养更多更优秀的人才,促进微电机械技术的发展,才能够更好的促进我国各方面的发展。
四、结束语
1宽频带、多波段、离功率
当前和将来对电子设备的其它要求是:(1)宽频带,如要求射电望远镜的工作频率从200MHz到8.8GHz,甚至更宽;(2)多波段,如要求同一天线可工作在几个波段;(3)高功率,如卫星上的设备,则希望在体积不变的情况下,发射功率尽可能的大。这三个要求给电子设备的设计与制造带来了新的问题和更大的难度。辟如,场耦合关系更加复杂,加工精度要求更高,需要进行新材料、新结构与新理论的探索和研究。
2离密度、小型化
电子设备正向着体积更小、密度更大、功耗更低的方向发展,如电子设备组装的密度越来越大,而且由二维组装向三维组装的方向发展。与此相应地,设备的体积却越来越小。
3智能化
即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展,为电子机械技术发展开辟了广阔天地。
4快速响应与准确定位
对设备的机动性与反应速度的要求也越来越高,而且在要求快速跟踪的同时,还应能够精确定位。例如,某舰载雷达天线座与稳定平台,要求其具有极高的快速性、低速平稳性以及定位精确性。
5数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求电子机械技术产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
6集成化
集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次,使系统功能分散,并使各部分协调而又安全地运转。然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强67网络化
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是电子机械技术产品,现场总线和局域网技术,使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统,使人们在家里可充分享受各种髙技术带来的好处。因此机电一体化产品夫疑应朝网络化方向发展。
8人性化
电子机械技术产品的最终使用对象是人,如何给电子机械技术产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,电子机械技术产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种艺术享受,如家用机器人的最髙境界就是人机一体化。
知识经济时代里人们所制造的物体微型化趋势愈加明显,尤其是在军事、医疗、环境、通信、航空等领域,机械装置微型化的要求逐渐增加。上个世纪80年代微电子机械系统开始实现了飞速的发展与创新,其又被成为微机械与微系统。微电子机械系统是一种集成化的机电装置,微小的尺寸和智能化、集成化是微电子机械系统的独特优势和特征。其最小尺寸已经达到1nm-1um的纳米的机械。微电子机械系统技术从出现到应用的时间里获得了国际的广泛关注,目前其应用领域与实际价值已经不言而喻。
1 微电子机械系统的概述
1.1 微电子机械系统的概念
微电子机械系统主要结构有微型传感器、制动器以及处理电路。其是一种微电子电路与微机械制动器结合的尺寸微型的装置,其在电路信息的指示下可以进行机械操作,并且还能够通过装置中的传感器来获取外部的数据信息,将其进行转化处理放大,进而通过制动器来实现各种机械操作。而微电子机械系统技术是以微电子机械系统的理论、材料、工艺为研究对象的技术。微电子系统并不只是单纯的将传统的机电产品微型化,其制作材料、工艺、原理、应用等各个方面都突破了传统的技术限制,达到了一个微电子、微机械技术结合的全新高度。微电子机械系统是一种全新的高新科学技术,其在航天、军事、生物、医疗等领域都有着重要的作用。
1.2 微电子机械系统技术的特点
1.2.1 尺寸微型化
传统机械加工技术的最小单位一般是cm,而微电子机械系统技术下的机械加工往往最小单位已经涉及到了微米甚至纳米。这以尺寸的巨大变化使得微电子机械系统技术下的原件具有微型化的特点,其携带方便,应用领域更加广阔。
1.2.2 集成化
微电子机械系统技术下的原件实现了微型化为器件集成化提供了有力的基础。微型化的器件在集成上具有无可比拟的优势,其能够随意组合排列,组成更加复杂的系统。
1.2.3 硅基材料
微电子机械系统技术下的器件都是使用硅为基加工原料。地面表面有接近30%的硅,经济优势十分明显。硅的使用成本低廉这就使得微电子机械系统技术的下的器件成本大大缩减。硅的密度、强度等于铁相近,密度与铝相近,热传导率与钨相近。
1.2.4 综合学科英语
微电子机械系统技术几乎涉及到所有学科,电子、物理、化学、医学、农业等多个学科的顶尖科技成果都是微电子机械系统技术的基础。众多学科的最新成果组合成了全新的系统和器件,创造了一个全新的技术领域。
2 微电子机械系统的技术类别
2.1 体微机械加工技术
体微机械加工技术主要将单晶硅基片加工为微机械机构的工艺,其最大的优势就是可以制作出尺寸较大的器件,最大的弊端是难以制造出精细化的灵敏系统。并且使用体微加工工艺难以优化器件的平面化布局,制作出来的器件难以与微电子线路直接兼容。体微机械加工工艺一般在压力传感器和加速度传感器的制造中普遍应用。
2.2 表面微机械加工技术
表面微机械加工技术就是通过集成电路中的平面化技术来实现微机械装置的制造。其主要优势表现在充分利用了已有的IC工艺,能够灵活掌握机械器件的尺寸,因此表面为微机械加工技术与IC之间是兼容的。表面微机械加工技术与集成电路的良好兼容性使得其在应用领域实现了快速普及。
2.3 复合微机械加工技术
复合微机械加工技术就是体微机械技工技术与表面微机械加工技术的结合,其结合了两者的优点,但又同时避免了相应缺点。
3 微电子机械技术的应用
3.1 环境科学领域
微电子机械系统技术下的微型设备可以在环境监测和数据处理分析上发挥巨大的作用。由化学传感器、生物传感器以及数据处理系统所集合的测量与处理设备。该微型装置可以用来监测空气和液体的成分,其独特优势在于尺寸微小,便于携带。
3.2 军事领域
纳米器件所构成的装置先要对半导体器件运行速度高,携带方便,信息输出和处理快捷,在军事领域其能够用来制作各种微型设备,例如“蚊子导弹”、“麻雀卫星”等。
3.3 医疗领域
在临床化验分析、介入治疗领域其也能够实现巨大的价值。近几年获得发展的介入治疗技术与传统治疗技术相比临床治疗效果优越,能够有效缓解患者痛苦。但是当前介入治疗仪器价格高,体积巨大,准确性难以保证,尤其是在治疗重要器官时风险较大。微电子机械系统技术的微型与智能特性可以显著降低介入治疗的风险。
4 结束语
微电子机械系统技术将机电系统的实用性、智能化和多样化发展到了一个全新的高度。当今微电子机械系统技术已经对农业、环境、医疗、军事等领域产生了重大的影响,也影响着人们的生产和生活方式,相信在不久的以后微电子机械系统技术将会成为我国社会经济发展不可或缺的重要部分,为我国经济发展起到巨大的推动作用。
参考文献
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作者简介
1.1汽车制动系统分析对于汽车制动系统是汽车使用的在外部对于汽车制动的一种力,对于汽车制动的一种重要装置,汽车传统的液压制动装置主要包括制动主缸、制动器、储液罐、制动踏板以及制动管路几个部分,对于驾驶员一旦踩下制动踏板,整个制动系统也就会进入工作模式,通过对汽车的通过对主缸油液能够在压力的影响下进入到制动轮缸之中,这也就会产生影响车轮转动的力,车辆就会减速。1.2汽车制动系统的发展汽车行业不断的发展,汽车制动系统是汽车结构中十分重要的部分,制动系统直接关系到汽车的安全行驶和汽车的性能,因此,汽车制动系统至关重要。对于当前的汽车制动系统主要就是有制动器、制动驱动机构组合构成,对于制动器也就包括功能装置、控制装置、动力调节装置和传动装置等。在汽车制动系统的发展过程中,对于汽车制动系统的研宄主要集中在制动器、传动装置和制动驱动结构的功能中,对其发展不断的经历了人力传动、伺服传动、动力传动、气压式传动等发展历程。对现代的汽车的传动装置主要就是应用的电子技术和网络技术,有效的提髙了汽车的制动系。
1.3汽车电子机械制动系统分析
对于汽车的电子机械制动系统主要包括机械制动系统与电子控制系统这两个部分构成,汽车电子机械制动系统可以直接产生制动力,这也就有效的替代了传统的空气与液压油的使用。同时也传统的制动系统相比,电子机械制动系统是一种完全无液油的新型的制动系统,在汽车的轮子上的制动力点是由点控制器进行控制,也并非油压系统控制,对于电子机械制动系统中必须要油压元件,只需要相应的电子元件和电子线路也就可以完成制动过程,对于整个制动系统使用电制动控制单元进行控制,控制器直接通过相对应的制动器来管理。
2.汽车电子机械制动技术研究
随着我国人民生活水平的提高,人们对汽车的需要越来越高,对于汽车的技术水平也不断的发展,但是与相应的发达国家相比还有很大的距离,尤其对于汽车制动系统来说,差距尤为突出,因此做好汽车电子机械制动技术的研究十分重要,同时也符合我国提倡的低碳、节能和环保的发展要求。
2.1汽车电子机械制动系统的组成分析
汽车电子机械制动系统中主要包括车轮的制动模块、电子踏板模块和制动系统这几个部分构成,其中对于制动系统主要能够接受车辆制动踏板的相关信号,从而起到相应的制动作用,同时还要有效的接受车轮传出的信号,进行对汽车制动分析,查看汽车车轮是否出现打滑与抱死的情况,如果车轮出现这些情况,也就需要增加相应的力度,防止车轮继续打滑与抱死的情况,另外对于制动系统还可以有效的管理系统的电源,更好的建立系统中其他的模块。
2.2电子踏板模块的组成分析
汽车电子制动系统中电子踏板模块可以有效的产生踏板反力,对于这种反力可以直接作用与踏板上,可以有效的将车辆运行的速度化为电信号,并将这种信号有效的传递给制动系统,这时候可以通过制动系统的信号传递,当制动系统接收到相应的电信号的时候,也就可以将电信号传递到执行器模块中,也就可以产生相应的制动力,这也就可以对车辆运行中提升车辆的制动性能。
2.3车轮制动系统
对于车轮制动系统也就是车辆制动系统中最为关键的部分,也是车辆制动系统中的核心,对于车轮制动系统中包括车轮制动执行器和车轮制动执行装置组成,整个系统中主要采用了电子控制以及电力控制模块,可以对车轮进行有效的控制,根据相应的电信号的变化的实际情况来控制电动机的旋转方向和输出的力矩,可以有效的对制动器力度的大小进行相应的控制。
2.4汽车电子机械制动系统工作原理与优势分析
对于汽车电子制动系统的工作原理与传统的液压制动装置类似,对于系统控制装置的车轮的构成部分与液压制动系统没有差异,最大的有点也就是在电子机械制动系统中没有液压装置和液压源,系统的制动力主要就是通过电机产生作用,对于力度的大小也就是通过电子控制器来决定,所以电子机械制动技术比传统的液压制动系统更具优势。
3.结束语
0引言
当今的军事领域,对武器装备的可靠性、保障性和可维修性有了更高的要求,而且随着现代工业及科学技术的迅速发展,特别是计算机技术的发展,设备的结构越来越复杂,自动化程度也越来越高,不仅同一设备的不同部分之间互相关联,紧密耦合,而且不同设备之间也存在着紧密的联系,在运行过程中形成一个整体。因此,一处故障可能引起一系列连锁反应,导致整个设备甚至整个过程不能正常运行, 轻者造成停机,重者会产生严重的后果甚至灾难性的人员伤亡,这就要求现代设备系统具有很高的安全性和可靠性。目前,设备的状态监测与故障诊断已成为现代航空、航天和国防建设中的重要内容,不容忽视。
1、航空设备故障预测和健康管理系统
由于航空设备的特殊性,其故障预测和健康管理系统原则上应分为机载部分和地面部分,机载部分的功能与地面部分的功能显然应有所区别。飞机在执行任务的过程中,机载部分自动进行状态监控和管理,自动记录和分析飞机及各系统的状态,并进行状态的预测、故障的检测和隔离,根据预测和状态信息完成系统重构,上述信息可在空中通过无线通信传递给地面保障中心系统或存储在黑匣子内;地面部分则侧重于维修决策,根据信息进一步确定故障部位,制定维修方案。根据机载部分和地面部分特点,机载部分应具有以下功能:状态监测功能,数据存储功能,分系统功能级故障预测功能,提供分系统故障对飞行任务的影响评估或警示。地面部分的功能应具有以下特点:数据传输与存储功能,状态显示功能,分系统功能级故障诊断与分系统部件级故障诊断功能,提出维修方案和维修规范。故障诊断系统是根据诊断对象故障的特点,利用现有的故障诊断技术研制而成的自动化诊断装置。故障诊断的各种理论与方法的研究最终都必须落实到具体的诊断装置或诊断系统的研制上,只有诊断系统的研制成功才能产生真正的经济效益。
2、NFF的诊断与排除
在航空维修工作中经常会碰到这样的情况:飞行员反映空中出现某个故障,但地面检查中却不能复现;机务准备通电中发现某机件有故障,但再次通电时故障现象消失;甚至有些诸如“转速急降”的危险性信号都是时有时无,给地勤人员排故造成很大困难。实际上,这就是所谓的“未发现故障”(NOFault found,NFF),它是航空维修工作中较为常见的一个问题。
进行NFF的诊断,需要预先收集大量的相关信息、资料和统计数据等。电子产品或设备的性能特征如电流、电压、电阻等是反映其正常或故障状态的重要参数,通过监测这些本质参数的变化来发现故障,已成为当前应用最广泛、置信度最高的故障诊断方法。典型的方法包括电子产品的机上测试(BIT)以及非电子产品功能系统的故障诊断等。在航空装备维护工作中经常测量大量的电压、电阻等数据,基于本质参数的方法可以用在目前对监测发动机工作状态的各种传感器进行NFF预测与健康管理,这些传感器包括滑油温度传感器、滑油压力传感器、金属屑传感器等。它们用电压、电阻等形式随时检测发动机相关工作状态,评价发动机性能指标,有时的自身失效或工作状态变化就会导致发动机误报故障或发生NFF。将这些数据分门别类加以统计,用时间序列分析方法建立差分方程形式的数学模型,再根据模型或得出的曲线趋势图进行分析研究,可较好地掌握机件设备的历史工作状况,发现或预防NFF,并对下一步的工作做出维修建议,成为当前航空装备保障的新趋势。
随着飞机的更新换代和使用时间的增长,要重点关注导航系统、飞控系统和其它自动控制系统电子设备故障和老旧飞机线路引起的潜在性、危险性故障。因此,为了预防或减少NFF的发生,应采取以下措施手段:表面引发的偶然故障是由根本的故障缺陷导致的,因此生产商首先应努力克服硬件或软件的设计缺陷,将故障隐患降到最低限度。
建立相关的数据库,将容易发生NFF的故障进行技术统计分析,以便在某些工作时机根据对该机件的性能检测决定是否提前更换该件,从而降低NFF的发生。出现重要系统、重要故障时,要全面、系统地分析故障发生时的环境特点及飞机所处高度、速度、姿态等参数,及时检测线路,认真研究电路图。尤其应加强空地之间的联系和信息交换,确定该设备是否空地使用不一致或不同,以便能创造故障复现的条件。
3、结论与展望
3.1新的故障诊断方法的研究
主要是将一些新的理论应用到电子设备的故障诊断之中。如小波变换方法,信息融合方法及基于Agent的诊断方法等。随着新理论的不断发展,这方面的工作仍是故障诊断的重要内容之一。
3.2故障信息获取的手段和方法的研究
故障信息的准确获取是故障诊断是否成功的关键之一。像多传感器信息融合在故障诊断中的应用,一个重要的方面就是如何从不同角度获取故障信息。对电子设备来说,除了电压和温度信号外,能否从其它方面获得故障信息,如电磁场信息等,这也是有待深入研究的内容之一。
3.3远程故障诊断的研究
在军事领域,如果各种战伤的武器设备在现场够得到及时的维修,对提高装备的战斗出动强度、补充战斗实力和保持一定的持续战斗力都有重要的意义。而现在的战伤抢修都是由专业的维修人员在野战条件下就地组织实施。利用远程故障专家系统可以获得远离战场的专家的指导,有效地提高维修效率和速度。故障诊断是一门实用性很强的技术,因此只有在实际应用中才能体现它的价值。
目前在理论研究方面虽有不少进展,但真正在工程实践中成功应用的实例还较少。特别是真正实用准确的电子设备故障诊断系统。因此,如何将先进的故障诊断理论与方法应用到实际中去还有待深入的研究。再者对于一个大型复杂航空电子设备进行故障诊断分析时,传统故障诊断和智能故障诊断技术必须是相互弥补。只有这样以传统故障诊断技术为基础,综合利用智能故障诊断技术,构造高效而智能化的故障诊断平台,才是大型航空电子设备诊断和维修的一个很有前途的发展方向。
参考文献: