Ключевые слова:ОЭС, микромеханический, затвор, наносекундный импульс.

РЕФЕРАТ

Дипломный проект содержит 115 страниц, 20 рисунков, 8 таблиц, 13 использованных источников.

Ключевые слова: ОЭС, микромеханический, затвор, наносекундный импульс.

В дипломном проекте проведено теоретическое обоснование концепции построения микромеханического оптического пассивного затвора, обеспечивающего защиту оптических приемных устройств систем обнаружения, сопровождения и прицеливания.

В работе проведен анализ поражающих факторов, экспериментальное исследование на моделях и мишенях характера радиационного и теплового воздействия лазерного ослепляющего облучения на элементы приемных устройств.

Исследована концепция оптического пассивного микромеханического затвора с наносекундным быстродействием.

Проведена количественная оценка поражающего действия лазерного излучения фотоэмиссионных приборов с многочисленным фотокатодом и с катодом с отрицательным электронным сродством, фотоэмиссионных полупроводниковых приборов на основе кремния, органов зрения.

Разработана математическая модель процессов поражающего воздействия лазерного излучения на структуру микромеханического затвора (включая базовую физическую модель).

Разработаны, проведены предварительные расчеты и макетирование оптических схем устройств, использующих наносекундные микромеханические затворы.

Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование, выбор перспективных материалов элементов микромеханических затворов, разработаны методы расчета конструкционных и функциональных параметров затворов.

Разработана теоретическая модель создания оптического пассивного микромеханического самосрабатывающего затвора, закрывающегося под действием наносекундного лазерного импульса облучения и восстанавливающегося после его окончания.

Содержание

РЕФЕРАТ. . 3

Содержание. . 5

Введение. . 7

1. Анализ механизмов воздействия лазерного излучения на элементы фотоприемных устройств. . 9

1.1. Воздействие лазерного наносекундного излучения на металлические слои и подложки. 9

1.2. Действие наносекундных лазерных импульсов на поверхность полупроводниковых мишеней. 23

1.3. Действие лазерного излучения на органы зрения. 25

1.4. Анализ факторов поражающего действия лазерного излучения. 28

1.5. Исследования характера радиационного и теплового воздействия лазерного ослепляющего облучения на элементы приемных устройств. 42

2. разработка концепции построения и математической модели функционирования микромеханического затвора с наносекундным быстродействием. .. 45

2.1. Основные требования к защитным быстродействующим затворам. . 45

2.2. Возможность создания светоклапанного устройства защиты. 46

2.3. Конструкция устройства светоклапанного зеркала. 50

2.4. Результаты лабораторного эксперимента. ...........................................54………………………………………………….

3. Разработка оптических схем устройств, использующих наносекундные микромеханические затворы. .. 59

4. разработка методов расчета конструкционных и функциональных параметров затворов. . 66

5. Организационно-экономическая часть проекта. . 75

ТЭО постановки задачи. 75

План график разработки. 76

Cебестоимость и цена устройства. 81

Экономическая целесообразность использования устройства. 84

6. Экология и безопасность жизнедеятельности. . 85

6.1.1. Введение. 85

6.1.2. Оптимальные условия труда инженера - разработчика и оптимальное рабочее место. 85

6.2. Проектирование системы освещения. 93

6.3 Проектирование системы вентиляции. 104

6.4 Выводы. 112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. . 113

Список используемых источников. 114

Введение

Источник ослепляющего облучения - лазерное устройство, излучающее световой пучок в виде направленного потока в сторону предполагаемого наблюдателя. Облучение приемных устройств наблюдателя может производиться как в режиме сканирования лучом области размещения наблюдателя, так и в режиме предварительного прицеливания с последующим «световым выстрелом».

Предполагаемая дальность действия ослепляющего облучения и требования необходимости необратимого повреждения приемных устройств диктуют значения возможных параметров лазерного пучка:

- расходимость ≈ 10^-4 рад; в этом случае при дальности 10³ м лазерное
пятно имеет диаметр 0, 1 м, что близко к апертурам оптических устройств приемников и обеспечит эффективное использование энергии пучка;

- облучение имеет импульсный характер, что вытекает из требования портативности и экономичности ослепляющего оружия; длительность импульса и его энергия должны обеспечивать поражение цели за время одного импульса, так как при периодическом импульсном облучении могут успеть сработать соответствующие защитные устройства у наблюдателя. В качестве предварительной оценки, базирующейся на общедоступной информации о технических проблемах создания портативных импульсных лазеров,
можно обозначить диапазон длительностей импульсов - от единиц до сотни наносекунд;

- длина волны излучения должна соответствовать длинам волн оптических приемников у наблюдателя, т.е. должна находиться в диапазонах видимого и ближнего ИК-спектров, которые используются в пассивных устройствах наблюдения и обнаружения. В настоящее время существуют мощные твердотельные импульсные лазеры на диапазоне длин волн вблизи λ ≈ 1 мкм, например, на алюмо-иттриевом гранате; такие лазеры обладают параметрами ослепляющих средств.

Лазерный излучатель с точки зрения наблюдателя, ведущего осмотр некоторой «сцены наблюдения», является элементом этой сцены и оптическими приборами наблюдателя излучение лазера фокусируется в точку на фоточувствительной площадке приемного устройства. Размер этой точки определяется качеством оптики, и тем меньше, чем меньше пятно рассеяния, обеспечиваемое оптикой, то есть, скорее всего, определяется дифракционной расходимостью на апертуре объектива наблюдательного оптического устройства.

Энергия лазерного импульса поглощается веществом фоточувствительного приемного устройства локально и нагревает освещенный участок до температуры его разрушения: участок может расплавиться или испариться. Зона разрушения вследствие теплопроводности вещества может увеличиваться; последствия разрушения могут распространиться на всю поверхность фотоприемника вследствие, например, возникших разрушений или замыканий электрических цепей приемника или нарушений элементов его схемотехники.

В различных типах фотоприемных устройств процессы инициированного лазерным импульсом разрушения могут протекать по-разному.

Рассмотрим воздействие ослепляющего лазерного облучения на три типа объектов:

- матричные фотоприемные устройства на основе кремния или других полупроводниковых веществ;

- электронно-оптические преобразователи (ЭОП) и фотоэлектронные усилители(ФЭУ), фоточувствительный слой которых может быть тонкопленочным (например, многощелочные фотокатоды) или в виде тонкого слоя полупроводника (ЭОП третьего поколения);

- оптические бинокли, перископы, используемые при визуальном наблюдении; при этом лазерное облучение приводит к повреждению глаз наблюдателя.

Во всех этих случаях поражающим фактором, как показано выше, является тепловое воздействие лазерного луча.

Анализ механизмов воздействия лазерного излучения на элементы фотоприемных устройств

Разработка методов расчета конструкционных и функциональных параметров затворов

Метод LCVD

В современной литературе для обозначения лазерно-индуцированного химического осаждения на подложку различных материалов, в том числе и металлов, из паровой фазы исходных соединений широко используется аббревиатура LCVD (Laser-inducedChemicalVaporDeposition).

Основной областью применения локальных и низкотемпературных LCVD в настоящее время является производство интегральных микросхем, технология изготовления которых непрерывно совершенствуется. Регулярно проводятся международные конференции, посвященные этой тематике. Универсальность лазерно-индуцированных химических процессов проявляется и в том, что можно отказаться от литографического способа создания топологии в функциональных слоях и непосредственно создавать микрорисунки с помощью методов лазерно-индуцированного химического осаждения необходимого материала на поверхности подложки. Одностадийным и, следовательно, наиболее технологичным из них является метод LCVD.

В общем случае метод LCVD заключается в следующем: летучее соединение осаждаемого элемента переводится в газовую фазу и разлагается на поверхности подложки или в паровой фазе при воздействии лазерного излучения, при этом образуются газообразные продукты и твердый осадок на поверхности подложки. На рисунке 4.1 представлена схема метода LCVD металлической пленки и основные составляющие типичной системы осаждения пленок.

В зависимости от длины волны, плотности мощности падающего излучения в приповерхностной области твердого тела и длительности его воздействия, на границе раздела твердое тело/газ происходят различные физико-химические процессы. Лазерное излучение воздействует:

- на газовую фазу с генерацией возбужденных молекул, радикалов или ионов;

- на адсорбированный слой с генерацией в нем возбужденных адсорбированных молекул, радикалов или ионов;

- на материал подложки с возбуждением его электронов, решетки и нагреванием локальных областей.

Рис. 4.1. Схема метода LCVD металлической пленки и основные составляющие этой системы: G - молекулы газа-носителя или буферного газа; ML - молекулы исходного соединения металла М

Лазерное излучение

Оптическая система

Подложка

Газовая фаза

Реакционная камера пониженного давления

Таким образом, при LCVD металлов может происходить как лазерноиндуцированный фотолиз, так и лазерно-индуцированный пиролиз исходного летучего соединения металла, молекулы которого находятся как в газовой фазе, так и в адсорбированном слое.

Общая химическая схема процесса как фотолитического, так и пиролитического лазерно-индуцированного разложения исходного соединения металла имеет следующий вид:

, (4.1)

где ML - исходное соединение. Как правило, это координационное соединение металла с органическими лигандами или металлоорганическое соединение. В этом случае L - координационная сфера металла М.

G - буферный газ или газ носитель, который, как правило, является химически инертным газом;

М⁰ - металл в несвязанном состоянии;

Мⁿ⁺ - металл в ионном соединении;

M - металл в более устойчивом координационном соединении;

Р - продукты реакции, которые могут быть как газообразными, так и твердыми или жидкими.

Кроме того, одновременно с разложением ML могут протекать реакции с участием мономеров координационной сферы L: L → Р.

Таким образом, процесс LCVD металлов может осложняться вторичными реакциями и процессами соосаждения примесей. Кроме того, в результате лазерного воздействия на исходное соединение может образоваться несколькотвердых продуктов. Осаждение чистого металла методом LCVD обусловливается свойствами осаждаемого металла и его исходного соединения, используемым лазерным излучением, давлением и составом газовой смеси.

В последнее время методы лазерной термохимии в газовой фазе успешно применяются для высокотемпературного синтеза ультрадисперсных порошков (пудр) химических элементов (С, Si), простых соединений (SiGe, А₂О₃, Si₃N₄), а также различных смесей. Такие порошки используются при разработке новых материалов с повышенными механическими, термическими и химическими свойствами. Это, прежде всего, конструкционные композитные материалы, свойства которых резко изменяются при внедрении в матрицу исходного материала частиц, сильно воздействующих на параметры межзёренных границ. Из этого условия вытекает требование иметь частицы с характерными размерами 3...30 нм при практически сферической форме с малым разбросом диаметров. Требуемые характеристики порошков достигаются, когда химические реакции разложения и/или синтеза проводятся непосредственно в объеме газовой фазы, и в условиях, когда происходит нуклеация (образование кластеров) твердофазных продуктов в зоне реакции.

Таким образом, изучение LCVD металлов начато сравнительно недавно в зарубежных странах (США, Японии, странах западной Европы) и стимулируется развитием микроэлектронной технологии.

ТЭО постановки задачи.

На всех стадиях проектирования возникает необходимость экономической оценки и обоснования экономической целесообразности проекта. Это обусловлено сильной взаимосвязанностью технического прогресса и экономики. Только при условии наиболее эффективного в экономическом отношении использования производственных ресурсов, научно-технический прогресс будет основой экономического прогресса.

Существующие в настоящее время оптико-электронные системы обнаружения, наведения, слежения и опознавания, равно как и разрабатываемые вновь, малоэффективны в условиях применения организованных оптических помех, что ограничивает боевые возможности вооружения, использующего эти системы. Проблема предотвращения ослепления ОЭС не может эффективно решаться путем применения узкополосных отражающих светофильтров или использованием устройств, основанных на резонансном возбуждении атомов поглотителя (переводом на более высокие энергетические уровни), так как при этом требуется совпадение длины волны излучения средства подавления (как правило, неизвестна) и рабочей длины волны средства защиты. Также малоэффективны и другие существующие устройства со светоклапанным эффектом. В этой связи актуальной является проработка принципиально новых путей решения проблемы повышения помехозащищенности ОЭС.

В данном дипломном проекте отработана концепция создания пассивных светоклапанных устройств, защищающих от лазерного поражающего облучения, на базе использования микромеханических зеркал, управляемых энергией поражающих лазерных пучков, найдены конструкторско-технологические решения изготовления таких устройств, получены экспериментальные результаты по основным рабочим и предельным характеристикам устройств.

Источник ослепляющего облучения – твердотельный импульсный лазер с расходимостью ≈ 10^-4 рад, обеспечивающий на дальности 10³ м размер лазерного пятна ≈ 0, 1 м. Длительность импульса десятки наносекунд. Пассивное устройство наблюдения и слежения видимого и ближнего ИК-диапазона.

Устройство предполагается использовать при создании средств защиты от ослепляющего действия лазерного импульсного облучения в системах головок самонаведения, приборах ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей, полупроводниковых фотоприемников, в приборах визуального наблюдения.

Новизна работы состоит в создании технологических основ функционирования и изготовления микромеханических быстродействующих светоклапанных устройств; разработке методов расчета характеристик и параметров микромеханических быстродействующих светоклапанных устройств; разработке базовых конструкторско-технологических решений создания светоклапанных зеркал с наносекундным быстродействием.

В данной главе выполняются организационно-экономические расчеты, включающие в себя следующие разделы:

- расчет себестоимости и цены реализации устройства;

- экономическая целесообразность использования устройства.

План график разработки.

План проведения работы по теме составляется с помощью алгоритма – блок-схемы порядка производимых анализов, исследований и разработок. С помощью блок-схемы картина работы над темой представляется наглядно.

План график разработки.

	Техническое задание

	Обзор научной литературы

	Выбор направления исследования

	Теоретические и экспериментальные исследования

	Составление и оформление отчета

	Сдача темы

Данная тема относится к научно-исследовательской работе (НИР). В ней проводится теоретическое обоснование и разработка концепции построения микромеханического оптического пассивного затвора, обеспечивающего защиту оптических приемных устройств систем обнаружения, сопровождения и прицеливания. Результатом является разработка теоретической модели создания оптического пассивного микромеханического самосрабатывающего затвора.

Одной из основных целей планирования НИР является определение общей продолжительности их проведения. Это осуществляется при помощи ленточного графика, где перечисляются наименования, длительность и трудоемкость каждой работы, и количество исполнителей.

В работе принимали участие руководитель и инженер.

В Таблице 1 приведен перечень работ и сроки их выполнения.

В Таблице 2 приведен ленточный график выполнения работ по данной теме.

№ п/п	Этапы	Исполнители	Длительность	Трудоемкость, чел / дни
Рабочие дни	Календарные дни

	Техническое задание	Разработчик, Инженер		06.10
	Обзор научной литературы	Инженер		07.10-07.11
	Выбор направления исследования	Инженер		08.11-13.12
	Теоретические и экспериментальные исследования	Инженер		14.12-14.01
	Обобщение и оценки результатов	Разработчик, Инженер		15.01-12.02
	Сдача темы	Разработчик, Инженер		23.02

Перечень работ и сроки их выполнения. Таблица 1

Всего: Рабочих дней – 91, Календарных – 134.

Ленточный график выполнения работ. Таблица 2

№ п/п	Этапы	Продолжительность этапов
Октябрь	Ноябрь	Декабрь	Январь	Февраль

	Техническое задание
	Обзор научной литературы
	Выбор направления исследования
	Теоретические и экспериментальные исследования
	Обобщение и оценки результатов
	Сдача темы

Введение.

Охрана труда – система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Научно-технический прогресс внес серьезные изменения в условия деятельности работников умственного труда. Их труд стал более интенсивным, напряженным, требующим значительных затрат умственной, эмоциональной и физической энергии. Это потребовало комплексного решения проблем эргономики, гигиены и организации труда, регламентации режимов труда и отдыха.

Этот раздел дипломного проекта посвящен рассмотрению следующих вопросов:

• проектирование оптимальных условий труда инженера -разработчика;

• проектирование оптимального рабочего места;

• проектирование системы освещения;

• проектирование мероприятий по обеспечению микроклимата;

Выбор вентилятора

При выборе и проектирование системы вентиляции необходимо учитывать предъявляемые к ней требования:

1. объём приточного воздуха должен соответствовать объёму вытяжного;

2. системы вентиляции должны обеспечивать подачу чистого воздуха в места с наименьшими выделениями вредностей и удалять загрязнённый воздух из мест, где эти выделения максимальны;

3. приток воздуха должен производиться в рабочую зону, а вытяжка – из верхней зоны помещения;

4. система вентиляции не должна вызывать переохлаждения (перегрева) работающих, не создавать шум на рабочих местах выше допустимых норм;

5. вентиляция должна быть пожаробезопасна и взрывобезопасна, проста по устройству, надёжна и экономична;

Устройство вентиляции в производственных и вспомогательных помещениях является обязательным.

Вентиляционная система состоит из следующих элементов:

· Приточной камеры, в состав которой входят вентилятор с электродвигателем, калорифер для подогрева воздуха в холодное время года и жалюзийная решетка для регулирования объема поступающего воздуха;

· Круглого стального воздуховода длиной 3 м;

· Воздухораспределителя для подачи воздуха в помещение.

Определим необходимую кратность воздухообмена:

Произведем подбор вентилятора по аэродинамическим характеристикам и специальным номограммам, составленным на основе стендовых испытаний различных видов вентиляторов.

Сопротивление вентиляционной системы определяется по формуле:

, где (21)

Н - сопротивление, Па;

R - удельные потери давления на трение в воздуховоде, Па/м;

I - длина воздуховода, м;

ξ - сумма коэффициентов местных потерь;

V - скорость воздуха, (V = 3 м/с);

= 1.2- плотность воздуха (кг/ м³ ).

Потребная площадь воздуха определяется формулой:

(22)

Так как воздуховод круглый, то .

Следовательно, необходимый диаметр воздуховода для данной вентиляционной системы определяется формулой:

(23)

При таком диаметре удельные потери давления на трение в воздуховоде – R = 0, 2 Па/м.

Местные потери возникают в железной решетке (£ =1.2), воздухораспределителе (ξ = 1.4) и калорифере (ξ = 2.2). Суммарный коэффициент местных потерь в системе: ξ = 1.2 +1.4 + 2.2 = 4.8

Тогда, с учетом 10 %-го запаса: Н = 110% 26, 5 = 29, 2 Па

G_вент.= 110% 990 = 1089 м³/ч

По каталогу выбираем вентилятор марки ВКО-5.6: производительность воздуха до 5200 м³/ч, давление до 200 Па, мощность электродвигателя - 300 Вт.

Эскиз системы вентиляции представлен на рис. 31.

Рис. 31. Эскиз системы вентиляции.

Системы отопления и системы кондиционирования следует устанавливать так, чтобы ни теплый, ни холодный воздух не направлялся на людей. На производстве рекомендуется создавать динамический климат с определенными перепадами показателей. Температура воздуха у поверхности пола и на уровне головы не должна отличаться более, чем на 5 градусов. В производственных помещениях помимо естественной вентиляции предусматривают приточно-вытяжную вентиляцию.

Выводы.

В этой части дипломной работы были изложены требования к рабочему месту инженера - разработчика. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, а также проведен выбор системы и расчет оптимального освещения производственного помещения, а также расчет вентиляции. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места инженера - разработчика, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда программиста, что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и последующему внедрению новой технологии производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследована концепция оптического пассивного микромеханического затвора с наносекундным быстродействием.

РЕФЕРАТ

Дипломный проект содержит 115 страниц, 20 рисунков, 8 таблиц, 13 использованных источников.

Ключевые слова: ОЭС, микромеханический, затвор, наносекундный импульс.

Исследована концепция оптического пассивного микромеханического затвора с наносекундным быстродействием.

Содержание

РЕФЕРАТ. . 3

Содержание. . 5

Введение. . 7

1. Анализ механизмов воздействия лазерного излучения на элементы фотоприемных устройств. . 9

1.1. Воздействие лазерного наносекундного излучения на металлические слои и подложки. 9

1.2. Действие наносекундных лазерных импульсов на поверхность полупроводниковых мишеней. 23

1.3. Действие лазерного излучения на органы зрения. 25

1.4. Анализ факторов поражающего действия лазерного излучения. 28

2.1. Основные требования к защитным быстродействующим затворам. . 45

2.2. Возможность создания светоклапанного устройства защиты. 46

2.3. Конструкция устройства светоклапанного зеркала. 50

2.4. Результаты лабораторного эксперимента. ...........................................54………………………………………………….

3. Разработка оптических схем устройств, использующих наносекундные микромеханические затворы. .. 59

4. разработка методов расчета конструкционных и функциональных параметров затворов. . 66

5. Организационно-экономическая часть проекта. . 75

ТЭО постановки задачи. 75

План график разработки. 76

Cебестоимость и цена устройства. 81

Экономическая целесообразность использования устройства. 84

6. Экология и безопасность жизнедеятельности. . 85

6.1.1. Введение. 85

6.1.2. Оптимальные условия труда инженера - разработчика и оптимальное рабочее место. 85

6.2. Проектирование системы освещения. 93

6.3 Проектирование системы вентиляции. 104

6.4 Выводы. 112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. . 113

Список используемых источников. 114

Введение

Рассмотрим воздействие ослепляющего лазерного облучения на три типа объектов:

- матричные фотоприемные устройства на основе кремния или других полупроводниковых веществ;

Во всех этих случаях поражающим фактором, как показано выше, является тепловое воздействие лазерного луча.

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 533; Нарушение авторского права страницы