Математическое моделирование процессов в тепловых микросенсорах
| Вид материала | Документы |
- Математическое моделирование термомеханических процессов в системах армированных стержней, 259.01kb.
- Правительстве Российской Федерации» (Финансовый университет) Кафедра «Математическое, 246.23kb.
- Лекция Моделирование физических процессов, 111.71kb.
- Cols=2 gutter=66> Математическое моделирование и процесс создания математической модели, 130.19kb.
- Математическое моделирование процессов самоорганизации в широкополосных системах 05., 181.86kb.
- Практический семинар математическое моделирование, 80.33kb.
- Математическое моделирование негауссовых случайных процессов на основе моментных функций, 321.55kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ен. Р. 02 Математическое моделирование процессов, 353.5kb.
- Вторая Международная научная конференция моделирование нелинейных процессов и систем, 145.53kb.
- Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 13. 18 «Математическое, 93.92kb.
Математическое моделирование процессов в тепловых микросенсорах
Козлов Александр Геннадьевич
Омский филиал Института физики полупроводников СО РАН, г. Омск
Рассмотрено развитие научных основ и разработка методов математического моделирования и моделей процессов в различных типах тепловых микросенсоров для обеспечения их исследования, автоматизированного проектирования и эксплуатации.
Предложена классификация тепловых микросенсоров, в основу которой положена роль тепловых процессов при их функционировании. Рассмотрены особенности конструкции тепловых микросенсоров, исходя из которых определены требования к моделированию процессов в них.
Разработан метод моделирования стационарного и нестационарного распределения температуры в двумерных структурах с произвольными прямоугольными и косоугольными границами и разнородными граничными условиями на линиях, который базируется на методе разделения переменных. Двумерная структура разделяется на ряд зон, для каждой из которых определяются условия теплообмена с окружающей средой и соседними зонами. Распределение температуры в каждой зоне определяется через собственные функции однородной задачи. Плотности тепловых потоков между соседними зонами представлены как суммы соответствующих ортогональных функций с неизвестными весовыми коэффициентами, значения которых определяются из граничных условий сопряжения между всеми соседними зонами. Предложенный метод моделирования положен в основу ряда моделей тепловых микросенсоров: терморезистивные микросенсоры, тепловые приемники излучения, тепловые акселерометры, микросенсоры, работающие при высоких температурах.
Представлена модель оптимизации конструкции тепловых приемников излучения с термическими изолированными структурами консольного и мостового типов. В качестве целевой функции при оптимизации используется удельная вольт-ваттная чувствительность; в качестве ограничения – уравнение для тепловой постоянной времени; в качестве независимых переменных, значения которых определяются при оптимизации, – длина зоны, занятой поглощающим слоем, и длина зоны, занятой термоэлектрическим преобразователем. Оптимизационная задача решена методом множителей Лагранжа.
Разработан метод для определения распределения высокочастотного тока в структуре микроэлектронного электротеплового преобразователя, учитывающая шунтирующее действие термоэлектрического преобразователя и периодичность изменения погонного сопротивления термоэлектрического преобразователя, погонной емкости и погонной взаимоиндуктивности между нагревателем и термоэлектрическим преобразователем.
Предложен метод оптимизации структуры и режима питания агломеративного термокаталитического газового сенсора, который состоит из двух сферических элементов, включенных в мостовую схему. В качестве целевой функции при оптимизации выбрано отношение чувствительности сенсора к напряжению питания мостовой схемы. Уравнение теплового баланса элемента сенсора в газовой среде без горючего газа выбрано в качестве ограничения. В качестве независимых переменных используются диаметр элементов и напряжение питания мостовой схемы.