Получение тонкопленочных электретов на основе фторопласта - 4 и изготовление приборов на их основе (стр. 11 из 13)
В соответствии с целевым назначением разрабатываемый электретный микрофон должен обеспечивать высокую чувствительность
мВ×Па-1 в частотном диапазоне 20—2000 Гц при работе в режиме ненаправленного приемника звукового давления, малые габариты и вес, малую потребляемую мощность.Учитывая изложенное выше выбираем следующие параметры капсюля. Диаметр мембраны и неподвижного электрода 12 мм, расстояние между мембраной и неподвижным электродом 30 мкм, толщина мембраны 10 мкм. Значение последнего параметра выбрано с учетом стабильности электретного заряда и упругости мембраны.
При создании конструкции корпуса микрофона пришлось решать инженерную задачу по созданию помехозащищенного датчика. Основные пути передачи помех к чувствительному элементу следующие:
– передача звука (переизлучение) непосредственно через стенку корпуса во внутреннюю полость датчика к чувствительному элементу;
– улавливание акустических помех поверхностью кабеля датчика с последующей передачей поверхностными волнами во внутреннюю полость датчика;
– улавливание звука поверхностью тела больного с последующим переизлучением.
Основными являются два первых способа передачи помех. По результатам исследований была разработана конструкция датчика с плотным обжатием кабеля в месте крепления в корпусе, причем корпус выполнен из материала со скоростью распространения колебаний в нем выше, чем в материале оболочки кабеля, а масса датчика выбирается из условия
, (2.11)где m — масса датчика, k — упругость тканей человека,
— нижняя граница рабочего диапазона частот.В результате удалось снизить воспринимаемые датчиком посторонние звуковые помехи (шумы помещения). Также было принято решение делать датчик по типу стетоскопической головки, без применения фонендоскопической мембраны, поскольку мембрана вносит нелинейности, проявляющиеся в виде обертонов не имеющихся в исходном звуковом сигнале.
Конструкция электретного датчика показана на рисунке 13.
Для избежания механическим повреждений электретной мембраны со стороны акустического входа в корпусе (1) капсюля микрофона установлены защитная сетка (2) и металлическая решетка (3). Электретная мембрана (4) с неподвижным электродом, выполненным в виде металлизированного слоя на поверхности преобразователя (7), составляют динамический конденсатор, преобразующий звуковые колебания в электрические сигналы. Необходимая величина емкости задается величиной воздушного зазора (6) и подбирается установкой между электродами калибровочного диэлектрического кольца (5). В корпусе преобразователя имеется 28 сквозных отверстий диаметром 0,5 мм каждое, которые соединяют под мембранный объем с объемом преобразователя. Это позволяет увеличить объем воздуха под электретной мембраной, благодаря чему обеспечивается выравнивание частотной характеристики в рабочем диапазоне частот и повышается чувствительность микрофона. Для согласования высокого импеданса емкостного датчика с последующей схемой усиления в корпусе микрофона на печатной плате (8) устанавливается полевой транзистор КП308А (11), включенный по схеме с общим истоком. Полевой транзистор распаен на нижней стороне печатной платы (8). Электрический контакт металлизации на преобразователе с затвором транзистора осуществляется с помощью электрода 10. Жесткое закрепление электретной мембраны и фиксация зазора между электродами достигается ввинчиванием затяжной гайки (9) в корпус капсюля.
Датчик обладает следующими техническими характеристиками:
– рабочая полоса частот 20—2000 Гц;
– чувствительность на частоте 1000 Гц не хуже 5 мВ×Па-1;
– характеристика направленности — ненаправленный;
– мощность потребления согласующим каскадом 5 мВт;
Схематический поперечный разрез конструкции датчика.
Рисунок 3.14.
1 — корпус капсюля, 2 — защитная сетка, 3 — металлическая решетка, 4 — электретная мембрана, 5 — калибровочное кольцо, 6 — воздушный зазор, 7 — преобразователь, 8 — печатная плата, 9 — затяжная гайка, 10 — электрод, 11 — транзистор, 12 — крышка
3.10.Выводы по экспериментальной части.
1.Была разработана ячейка для электретирования мембран, диаметром 10 мм.
2.Проведены эксперименты и исследовано параметров процесса электретирования на характеристики электретов. Из экспериментальных данных получили, что необходимое давление в рабочем объеме порядка 10-1 - 10-2 мм. рт. ст., что предотвращало пробой образцов. Также было показано, что при увеличении тока от 0,5 до 2,5 мА поверхностная плотность заряда растет от4*105 до 14*105 Кл*м-2. При изменении времени электретирования с 1 мин. до 5 мин., заряд электретной мембраны растет и достигает и достигает насыщения. Дальнейшее увеличение времени электретирования вызывает спад заряда, что обусловлено значительными структурными изменениями.
3. Исследования оптических спектров электретированных пленок фторопласта - 4 показали, что в области прозрачности возникают локальные полосы поглощения, что подтверждает существующую теорию об образовании заряда электрета. Метод интересен тем, что позволяет на разрушать поверхность образца.
4.Оптимальным вариантом для получения мембран оказался режим при котором Iр = 2,5 мА, напряженность поля = 6 кВ, и время электретирования составляет 3 минуты. На основе полученных мембран был разработан электретный микрофон для экспериментальной установки по изучению проходимости бронхов, что позволяет уменьшить время необходимое для установления диагноза больного.
4.Экономическая часть.
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 использовании производственных сил научнотехнический прогресс будет основой экономического прогресса.
4.1.Ленточный график.
Планирование позволят решать различные задачи, вознакающие на производстве и при научных исследованиях
1. Построение план-графика должно обеспечить возможность непрерывного
контроля за ходом работ. Планирование подготовки проведения научно-
исследовательской работы можно обеспечить, если процесс представить в виде модели, отражающей весь ход предстоящей работы.
Наиболее широкое применение получили графические методы. В данной работе мы применяем в качестве модели ленточный график. Ленточный график составляем на основе оценок времени на проведение отдельных работ. Продолжительность работ определяется руководителем и исполнителем.
Перечень работ и сроки их выполнения приведены в таблице 4.1.
Ленточный график выполнения работ по данной теме приведен на рисунке 4.1.
Здесь располагается ленточный график
___________________________________________________________
Таблица 4.1. перечень работ проекта и сроки их выполнения.
| № | Наименование этапа работ | Исполнитель | Длительность, дни |
| 1 | Составление и согласование задания | Руководитель инженер | 2 |
| 2 | Изучение литературы по теме | Инженер | 10 |
| 3 | Ознакомление с результатами ранее проведенных иследований | Инженер | 5 |
| 4 | Составление обзора научной литературы | Инженер | 10 |
| 5 | Монтаж установки | Инженер | 20 |
| 6 | Проведение эксперимента | Инженер | 20 |
| 7 | Анализ полученных результатов | Руководитель инженер | 4 |
| 8 | Составление отчета | Инженер | 10 |
| 9 | Выполнение чертежей | Инженер | 5 |
| 10 | Утверждение отчета | Руководитель | 3 |
| 11 | Сдача отчета | Инженер | 1 |
| Итого | 90 |
4.2.Смета затрат на проведение научно – иследовательских работ.
Расчет затрат на проведение научно – исследовательских работ производится по следующим статьтям калькуляции;
1)расходы на материалы и комплектующие:
2)раходы на заработную плату исполнителей:
3)расходы на социальные нужды:
4)амортизационные отчисления и оплата электроэнергии:
5) накладные расходы.
Перечень покупных материалов и связаные с ними расходы приведены в таблице 4.2. требуемое их колличество определяется из технологического минимума, неолбходимого для обеспечения проведения планируемого эксперимента.
Таблица 4.2. расчет затрат на покупные материалы и услуги.
| Наименование материала | Единица измерения | Цена за единицу, руб | Количество | Сумма, руб |
| Электретные мембраны | Шт | 0,5 | 700 | 350 |
| Ручка | Шт | 2 | 1 | 2 |
| Карандаш | Шт | 1 | 1 | 1 |
| Тетрадь | Шт | 4 | 1 | 4 |
| Итого | 357 |
Здесь раполагается юольшая таьлица
Здесь ее окончание.
В процессе исследований применялось различное оборудование. Стоимость этого оборудования постепенно переходит в стоимость изделия или в виде амортизационных отчислений. Норма амортизационных отчислений принята равной 7%. Расчет проведен по формуле 4.1, перечень применяемого оборудования и результаты расчета сведены в таблицу 4.3.
А=t*Hа*Sоб/T (4.1)
Где t – продолжительность работы оборудования; На – норма амортизации; Sоб – стоимость оборудования в год (Т=1751,3 час). Сумма затрат на исспользование электроэнергии определяется мощьностью работающих приборов, стоимостью электроэнергии, времени их работы. Вычисления проводим по формуле 4.2. стоимость 1 кВт*час принимаем равной 0,48 руб.