Разработка микромеханических гироскопов, имеющих более широкий диапазон измерений

В качестве ДП предложены оптоэлектронные преобразователи, построенные на основе бескорпусных элементов и не требующие применения опорных сигналов, что существенно упрощает схему прибора. Первые ДП фиксируют перемещение вдоль оси возбуждения OX, их оптические оси проходят через оптические щели. Световой поток вторых ДП, сигнал на выходе которых и несёт полезную информацию об угловой скорости, модулируется краем ИМ.

Микромеханический датчик угловой скорости работает следующим образом. Микромеханический датчик угловой скорости устанавливают на объект для измерения угловой скорости с учётом того, что ось чувствительности ортогональна плоскости основания 31 и проходит через его центр. В исходном состоянии первый излучатель 2 через первую оптическую щель 1 открыт для первого сегмента первого двухсегментного фотоприёмника 26, а для второго его сегмента закрыт. В результате на выходе первого сегмента этого двухсегментного фотоприёмника появляется сигнал, который направляется на первый вход первого компаратора 27, выходное напряжение которого управляет первым ключом 28, который подключает источник постоянного тока 22 к первым токопроводящим дорожкам 36 через первую и третью токопроводящие шины 34, 39, первый и второй токоподводы 33, 38. В результате создания магнитного поля k токопроводящими дорожками 36, имеющими длину l, при подаче на них электрического тока и взаимодействия этого магнитного поля с магнитным полем постоянных магнитов 4, имеющим индукцию , возникает сила , действующая на инерционную массу 1 по продольной оси и равная

. (3.26)

Инерционная масса 35 под действием силы перемещается по продольной оси, при этом первый излучатель 2 через первую оптическую щель 1 становится открыт для второго сегмента первого двухсегментного фотоприёмника 26 и закрыт для первого его сегмента. Вследствие этого с выхода первого сегмента этого двухсегментного фотоприёмника сигнал поступать перестаёт, а на выходе второго его сегмента появляется сигнал. Этот сигнал направляется на второй вход первого компаратора 27, выходной сигнал которого направляется на первый ключ 28, что приводит к переключению им направления тока в токопроводящих дорожках 36. Далее процесс переключения повторяется, и инерционная масса 35 совершает автоколебания по продольной оси.

В исходном состоянии второй излучатель 6 через вторую оптическую щель 25 открыт для первого сегмента второго двухсегментного фотоприёмника 24, а для второго его сегмента закрыт. В результате на выходе первого сегмента этого двухсегментного фотоприёмника появляется сигнал, который направляется на первый вход второго компаратора 23, выходное напряжение которого управляет вторым ключом 19, который подключает источник постоянного тока 22 ко вторым токопроводящим дорожкам 12 через вторую и четвёртую токопроводящие шины 14, 9, третий и четвёртый токоподводы 15, 11. Инерционная масса 13 перемещается по продольной оси, при этом второй излучатель 6 через вторую оптическую щель 25 становится открыт для второго сегмента второго двухсегментного фотоприёмника 24 и закрыт для первого его сегмента. Вследствие этого с выхода первого сегмента этого двухсегментного фотоприёмника сигнал поступать перестаёт, а на выходе второго его сегмента появляется сигнал. Этот сигнал направляется на второй вход второго компаратора 23, выходной сигнал которого направляется на второй ключ 19, что приводит к переключению им направления тока в токопроводящих дорожках 36. Далее процесс переключения повторяется, и инерционная масса 13 совершает автоколебания по продольной оси в противофазе с первой инерционной массой 35.

При воздействии на микромеханический датчик угловой скорости он работает следующим образом. При наличии угловой скорости по оси чувствительности датчика на первую инерционную массу 35, движущуюся по продольной оси со скоростью и имеющую массу m, по поперечной оси действует сила , равная

 .(3.27)

Вследствие действия силы первая инерционная масса 35 совершает автоколебания по поперечной оси, при этом световой поток третьего излучателя 37, поступающий на первый фотоприёмник 32, модулируется краем первой инерционной массы 35. Выходной сигнал первого фотоприёмника 32 несёт информацию об угловой скорости вращения микромеханического датчика угловой скорости .

При наличии угловой скорости по оси чувствительности датчика вторая инерционная масса 13 совершает автоколебания по поперечной оси в противофазе с первой инерционной массой 35, при этом световой поток четвёртого излучателя 7, поступающий на второй фотоприёмник 16, модулируется краем второй инерционной массы 13. Выходной сигнал второго фотоприёмника 16 несёт информацию об угловой скорости вращения микромеханического датчика угловой скорости .

Излучатели 2, 6, 7, 37 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых светодиодов КИПД80В.

Фотоприёмники 16, 32 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых фотоприёмников МГ-32.

Двухсегментные фотоприёмники 24, 26 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых оптронов VO0630T [33].

Компараторы 23, 27 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемой микросхемы (компаратора) 521СА2.

Ключи 19, 28 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемого транзистора ГТ108.

Усилители 17, 30 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемого усилителя OPA694.

АД 18 и 29 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемого АД 6Х2П.

АЦП 21 может быть выполнено, например, на основе серийно выпускаемого АЦП 1108ПВ1Б.

МК 20 может быть выполнен, например, на основе серийно выпускаемого МК КР1850ВЕ35.

Источник постоянного тока 22 может быть представлен любой типовой схемой, удовлетворяющей заданным параметрам питания токопроводящих дорожек 12, 36 [34].

микромеханический гироскоп модуляция автоколебательный

4. Разработка модели и анализ характеристик автоколебательного микромеханического гироскопа

4.1 Получение уравнений динамики

Рассмотрим уравнения динамики ИМ. В схеме на рисунке 3.9 система координат 0ХУZ жестко связана корпусом датчика. ИМ по отношению к корпусу обладает двумя поступательными степенями свободы, перемещения по которым обозначим как х и у. Поступательные перемещения ограничены упругими связями с коэффициентами упругих сил c_x и c_y. Магнитоэлектрические ДС, создавая силу Ампера F_а обеспечивают возбуждение гироскопа, то есть сообщают ИМ плоские колебания вдоль оси ОХ с относительной скоростью . Основной реакцией гироскопа на вращение корпуса вокруг оси 0Z является образование вдоль оси ОY кориолисовых сил инерции F_К, за счет взаимодействия скоростей щ_z и , которые вызывают плоские колебания ИМ вдоль оси 0Y, являющиеся мерой угловой скорости щ_z. Однако в общем случае будем считать основание вращающимся и с абсолютными угловыми скоростями щ_х, щ_у и поступательно перемещающимся с абсолютными линейными скоростями V_x , V_y , V_z . Кроме того, будем считать, что конструкция упругого подвеса ИМ обеспечивает только поступательные его перемещения в направлениях осей ОХ и ОУ.

Для составления уравнений динамики ДУС воспользуемся уравнениями Лагранжа второго рода [35]:

,(4.1)

где - обобщенные координаты системы, соответствующие степеням ее свободы; - кинетическая энергия системы, выраженная через обобщение координаты и обобщенные скорости ; - диссипативная функция, определяющая рассеивание энергии системы при ее движении; - потенциальная энергия системы; - прочие внешние силы (моменты) явным образом не зависящие от обобщенных координат и скоростей.

Для рассматриваемого ММГ . В общем случае силы могут учитывать и другие внешние возмущающие и управляющие воздействия. Введём систему координат 0₁Х_мУ_мZ_м, связанную с ИМ, тогда

, (4.2)

, ,

где и - векторы абсолютных линейных скоростей ИМ и несущей рамы;

- вектор абсолютной угловой скорости вращения несущей рамы;

- вектор относительного поступательного перемещения ИМ;

- орты системы координат ОХУZ.

Принимая во внимание, что

из уравнений (4.2) находим:

,

(4.3)

Пусть оси системы координат ОХ_мУ_мZ_м являются осями симметрии ИМ, не учитывая оптическую щель. Тогда его кинетическая энергия определится выражением:

,(4.4)

где m - ИМ.

Принимая во внимание основные конструктивные факторы гироскопа, запишем следующие выражения для его потенциальной энергии и диссипативной функции:

,

,(4.5)

где - коэффициенты сил вязкого трения, определяющие рассеивание энергии колебаний чувствительного элемента по координатам и .

Подставляя выражения (4.4) и (4.5) в уравнения (4.1) для обобщенных координат и , после вычислений находим уравнения движения ИМ:

, (4.6)

.

Уравнения (4.6) определяют условия динамического равновесия сил, действующих по осям ОХ_м и ОУ_м ИМ. Поскольку прибор предназначен для изменения угловой скорости , рассмотрим частный случай уравнений (4.6), когда , , а скорость является постоянной:

.(4.7)

Данная упрощённая система уравнений, описывающих динамику ИМ, будет являться нелинейной вследствие того, что сила F будет являться некой нелинейной величиной. Пример возможной характеристики F представлен на рисунке 4.1, где F_m - амплитудное значение силы, создаваемой магнитоэлектрическим ДС, x_m - расстояние от центра равновесия, на котором происходит переключение направления тока магнитоэлектрического ДС.

Рисунок 4.1 - Пример нелинейной релейной характеристики F.

Для анализа параметров собственного движения, в значительной степени определяющих статические и динамические характеристики, целесообразно использовать как компьютерное моделирование, так и аналитическое исследование систем нелинейных уравнений (4.6) или (4.7), которое может вызвать серьёзные трудности. Возможности точного аналитического решения нелинейных дифференциальных уравнений существенно ограничиваются наличием в системе диссипации и постоянного притока энергии, что приводит к потере информации о начальных условиях и невозможности получения решения в общем виде.

Как уже было отмечено в п. 3.6, данный ДУС без введения дополнительных элементов позволяет измерять и ускорение, то есть является также акселерометром с осью чувствительности, параллельной оси OX и временной или частотной модуляцией сигнала.

Этот и многие другие вопросы требуют дальнейшего изучения. Так необходимо определить оптимальную форму подвеса; изучить возможное влияние на работу прибора ускорений, не учтённых в предложенной выше математической модели; влияние неравножёсткости подвеса и некоторые другие вопросы.

4.2 Моделирование

Упрощённая модель ДУС основана на системе уравнений (4.6).

ПУ ЧЭ, являясь одним из основных элементов гироскопа, к которому прикладывается по различным осям возбуждающее воздействие F_возб(x) и силы Кориолиса и , представляет собой инерционно-колебательные звенья, описываемое уравнениями

,

(4.8)

Реакцией на измеряемую угловую скорость является изменение положения ПУ вдоль выходной оси OY, относительно корпуса прибора.

Так как постоянная времени оптоэлектронного преобразователя пренебрежимо мала (не более 10^-8 с.) по сравнению с другими постоянными времени системы, то ДП, могут быть описаны пропорциональными звеньями

, (4.9)

где k_ДП - коэффициент преобразования оптического преобразователя (k_ДП=900 В/м), k_ОП - коэффициент усиления оптического преобразователя (k_ОП =100, смотри п.3.3).

Усилители, стоящие после ДП, также могут быть описаны пропорциональными звеньями

.(4.10)

С ДП, стоящих на оси возбуждения OX, сигнал поступает на нелинейное релейное звено (НРЗ), пример характеристики которого представлен на рисунке 4.2. Это звено формируется на основе последовательно включённых компаратора и электронного ключевого устройства.

Рисунок 4.2 - Пример характеристики НРЗ.

В автоколебательном ММГ был использован магнитоэлектрический ДС, постоянная времени T₂ которого должна быть учтена. Данный ДС должен быть описан, как апериодическое звено первого порядка. ДС магнитоэлектрического типа можно рассматривать, как активно-индуктивную нагрузку, включаемую на выходе стабилизированного источника тока или напряжения. В этом случае ДС может быть описан, как [36]

,(4.11)

где k_ДС - коэффициент преобразования ДС.

(4.12)

, (4.13)

где L - индуктивность ДС, R - сопротивление ДС.

(4.14)

где n - число токопроводящих дорожек на пластине (n=250, смотри п. 3.4.2), l - длина пластины (l=5·10^-3 м, смотри п. 3.4.2), b₀ - её ширина (b₀=5·10^-3 м, смотри п. 3.4.2), b - ширина токопроводящей дорожки (b=23,4·10^-6 м, смотри п. 3.4.2).

(4.15)

где с - удельное сопротивление материала токопроводящей дорожки (для алюминия с=0,0271·10^-6 Ом·м), h - толщина слоя токопроводящих дорожек (h =10·10^-6 м, смотри п. 3.4.2).

Тогда

.

Динамика системы и её переходные функции могут быть исследованы с использованием модели этой системы в программной среде Simulink. При моделировании были использованы следующие значения параметров:

m=1.2·10^-5 кг;

µ_x=8·10^-4 Н·с/м (mjux);

µ_y=8·10^-4 Н·с/м (mjuy);

c_x=5 Н/м (cx);

c_y=5 Н/м(cy);

щ_z=0.1°/с (omegaz);

F_a=300·10^-6 Н (Fa);

x_m=100·10^-6 м (Switch);

U_пДС=5 В (Up);

k_ДС=60·10^-6 Н/В (kds);

k_ДП=900 В/м (kdp);

k_ОП=100 (kop);

T₂=10^-8 с (T2).

В данном случае собственная частота механической системы и постоянная времени колебательного звена будут равны

,(4.16)

c. (4.17)

Упрощённые схемы канала возбуждения и выходного канала данной модели представлены на рисунках 4.3 и 4.4, соответственно.

Рисунок 4.3 - Схема канала возбуждения автоколебательного ММГ

Рисунок 4.4 - Схема выходного канала автоколебательного ММГ

Схема двухмассового автоколебательного ММГ представлена на рисунке 4.5.



Рисунок 4.5 - Схема двухмассового автоколебательного ММГ

На рисунке 4.5 введены следующие обозначения: Omega - измеряемая угловая скорость; vx1 и vx2 - линейные скорости ИМ 1 и 2, соответственно, относительно оси x; vy1 и vy2 - линейные скорости ИМ 1 и 2, соответственно, относительно оси y; y1 и y2 - линейное смещение ИМ 1 и 2, соответственно, от положения равновесия относительно оси y.

Использование данной двухмассовой схемы позволяет избежать целого ряда погрешностей различной природы благодаря нахождению разности выходных сигналов двух противофазных выходных каналов.

4.3 Результаты моделирования и анализ характеристик автоколебательного микромеханического гироскопа

Результаты моделирования канала возбуждения и выходного канала с использованием метода Рунге-Кутта с фиксированным шагом интегрирования, равным 5·10^-9, приведены на рисунках 4.6 и 4.7, соответственно.



Рисунок 4.6 - Результаты моделирования канала возбуждения

Рисунок 4.7 - Результаты моделирования выходной оси

По результатам моделирования, как видно на рисунке 4.6 циклическая частота установившегося сигнала канала возбуждения равна

амплитуда установившегося сигнала канала возбуждения равна

В соответствии с рисунком 4.7, амплитуда установившегося сигнала выходного канала равна 5 нм. Зависимость выходного напряжения U_вых от угловой скорости щ_z представлена на рисунке 4.8.



Рисунок 4.8 - Зависимость выходного напряжения U_вых от угловой скорости щ_z

В соответствии с этим графиком, коэффициент преобразования равен

.

На рисунке 4.9 представлен случай, когда значение измеряемой угловой скорости на 0,2 с изменяется с 0,1 °/с на 0,2 °/с.

Рисунок 4.9 - Изменение входного сигнала

4.4 Получение аналитического решения

Используя метод гармонической линеаризации, который достаточно полно разработан в теоретическом и методическом плане [37], может быть найдено аналитическое решение системы уравнений, которая была промоделирована в пункте 4.3.

Несмотря на приближенность метода, он даёт приемлемые для практических целей результаты применительно ко многим типам нелинейных систем, позволяя в удобной и наглядной форме решать задачи анализа и синтеза, определять непосредственные зависимости между основными характеристиками процессов и параметрами систем. Существенным достоинством метода является то, что при его использовании не приходится решать исходные нелинейные уравнения для определения динамики процессов во времени, поскольку искомые результаты находятся путем составления алгебраических уравнений, связывающих непосредственно параметры систем с такими общими показателями процессов как амплитуда и частота колебаний [38].

И если указанные алгебраические уравнения, которые также являются нелинейными, получаются достаточно сложными для аналитического решения, то и в этом случае они имеют большой практический смысл в силу отмеченных особенностей по сравнению с непосредственным модулированием на ЭВМ исходных нелинейных уравнений. При этом применение ЭВМ лишь расширяет возможности исследований.

Метод гармонической линеаризации, несмотря на приближённость, особенно удобен для исследований автоколебательных систем, поскольку физические предпосылки, заложенные в основу метода, базируются именно на наличии периодического сигнала на входе нелинейной части системы. Кроме того, инерция ПУ довольно высока (m=1.2·10^-5 кг), это способствует увеличению фильтрующих свойств системы и повышает корректность получаемых результатов.

Применим преобразование Фурье и разделим линейную и нелинейную части, тогда

.(4.18)

Используя метод гармонической линеаризации, переведём это уравнение в пространство состояния и запишем в виде уравнения, описывающего собственное движение нелинейной автоматической системы первого класса [38]

. (4.19)

, (4.20)

В соответствии с [38], если нелинейная функция имеет вид, указанный на рисунке 4.1, то

(4.21)

(4.22)

Необходимо отметить, что хотя q и qґ могут зависеть от амплитуды A и частоты Щ искомого решения, но эти величины являются постоянными, поскольку ищется именно периодическое решение. Таким образом, можно заключить, что данное аналитическое решение описывает лишь первую гармонику решения уравнения (4.18).

Отметим, что при решении данной задачи применение метода гармонической линеаризации может дать положительные результаты. Это, естественно, не исключает применение других методов исследований, например, численного моделирования на ЭВМ, а наоборот, позволяет оптимально сочетать их.

Если подставить уравнения (4.20) - (4.22) в уравнение (4.19), для простоты решения пренебречь астатическим звеном (так как постоянная времени T₂ равна 10^-8 с) и разделить действительную и мнимую части, то будет получена следующая система уравнений

(4.23)

(4.24)

Используя уравнение (4.24), мы можем получить циклическую частоту гармонической функции линеаризации, она будет равна

(4.25)

Подставив уравнение (4.23) в (4.21), получим уравнение восьмого порядка

(4.26)

Добавим новые переменные



(4.27)

тогда

(4.28)

для решения этого уравнения четвёртого порядка найдём решение следующего уравнения третьего порядка

(4.29)

Добавим новые переменные

(4.30)

тогда

(4.31)

Действительный корень этого уравнения

(4.32)

Четыре корня уравнения (4.28) могут быть найдены, как

;

(4.33)

Амплитуда гармонической функции линеаризации равна

;

. (4.34)

Последовательно решив уравнения (4.32) и (4.30), найдём корни D_1,2,3,4 по уравнениям (4.33). Отбросив мнимые значения корней D_3,4, и приводящий к нереальным значениям амплитуды корень D₂, получаем

.

Тогда, в соответствии с уравнениями (4.35),

м.

Теперь, используя уравнение (4.25), получим

Гц.

Сравния данное аналитическое решение с результатами моделирования, полученными в пункте 4.3 (), видим, что они достоверны. А значит данный аналитический метод решения может быть использован для анализа характеристик автоколебательного ММГ.

4.5 Частотный способ получения аналитического решения

При использовании сложных нелинейных функций получение аналитического решения, приведённое в пункте 4.5, может быть не только сильно затруднено, но и невозможно, так как уравнения (4.23) и (4.24) могут оказаться трансцендентными относительно искомых величин.

В целом ряде случаев, особенно на этапе предварительного анализа или синтеза системы, удобно использовать частотный способ определения параметров периодического решения, основанный на исследовании амплитудно-фазовой частотной характеристики разомкнутой системы

.(4.35)

Амплитудно-частотная характеристика (АФХ) системы может быть получена на основе (4.19) и (4.20).

Наличие в характеристическом уравнении замкнутой системы пары чисто мнимых корней по критерию устойчивости Найквиста соответствует прохождению системы через точку (-1, 0). Следовательно, периодическое решение определяется равенством

или

 . (4.36)

АФХ линейной части системы имеет вид

. (4.37)

Амплитудная характеристика (АХ) нелинейной части системы имеет вид

.(4.38)

Пример расчёта q и qґ для рассматриваемого случая нелинейности приведён в (4.21) и (4.22), соответственно.

На рисунке 4.10 на комплексной плоскости (U - вещественная, V - мнимая оси) представлены АФХ линейной части системы (Wlin(omega)) и правая часть уравнения (4.36) (Wnel(Amp)).

Рисунок 4.10 - АФХ линейной части системы (Wlin(omega)) и правая часть уравнения (4.36) (Wnel(Amp))

Точка пересечения данных графиков и определяет решение уравнения (4.36). Этим решением является значение циклической частоты Щ (omega) в данной точке, отсчитанное на графике W_л(iЩ), и значение амплитуды A (Amp), отсчитанное на графике -1/W_н(A). Эти значения равны

Сравнивая данное аналитическое решение с результатами моделирования, полученными в пункте 4.3 (), видим, что они достоверны. А значит данный аналитический метод решения также, наравне с представленным в пункте 4.4 может быть использован для анализа характеристик автоколебательного ММГ.

4.6 Реализация автоколебательного режима съёма при измерении ускорения

Как было уже отмечено в пункте 2.3, без введения дополнительных элементов описанный в предыдущем пункте ММГ (рисунок 3.8) является ММА с осью чувствительности вдоль продольной оси плоскости ИМ.

Для измерения ускорения может быть использован сигнал на выходе первого и второго ключей 27 и 32. На рисунке 4.11

а) представлен пример этого сигнала при отсутствии ускорения по продольной оси, на рисунке 4.11

б) - при наличии ускорения по продольной оси.

При воздействии на автоколебательный ММГ ускорения по продольной оси на первую инерционную массу 1 по продольной оси будет действовать сила инерции. Это приводит к смещению центра колебаний первой инерционной массы 1.

В итоге данные явления приведут к изменению длительности прямоугольных импульсов на выходе первого ключа 27 (рисунок 4.11 б). Аналогичным образом, но в противофазе, произойдёт смещение центра колебаний второй инерционной массы 2, что приведёт к изменению длительности прямоугольных импульсов на выходе второго ключа 32.

а) б)

Рисунок 4.11 - Сигналы на выходе первого и второго ключей а) при отсутствии ускорения по продольной оси; б) при наличии ускорения по продольной оси

По изменению длительности прямоугольных импульсов на выходе первого и второго ключа 27 и 32 можно определить измеряемое ускорение по продольной оси. Опишем подробнее обработка данного сигнала и извлечение полезной информации.

В данном случае можно использовать уравнение динамики (4.6) или упрощённое уравнение

.(4.39)

При выполнении условия медленности изменения входного воздействия возможно применения принципа разделения движения на медленную и колебательную составляющие. Применим преобразование Фурье и разобьём уравнение (4.39) на следующие два уравнения

, (4.40)

, (4.41)

где x⁰ - смещение центра колебаний, x^* - координата собственных колебаний, Ц⁰ = Ц⁰(x⁰) - функция смещения, представляющая собой статическую характеристику, которая определяет зависимость между входной и выходной величинами заданной нелинейности при постоянных или медленно изменяющихся сигналах, k = -m.

В соответствии с [38], для вида нелинейности, представленного на рисунке 4.2,

,(4.42)

, (4.43)

(4.44)

Функция смещения может быть представлена, как

,(4.45)

где [38]

.(4.46)

Таким образом, наличие автоколебаний даёт возможность, используя линейную зависимость (4.45), представить нелинейное уравнение (4.40) в линейном виде

 , (4.47)

Если принять, что входное воздействие фиксировано в некоторые моменты времени, то уравнение (4.47) можно представить, как

.(4.48)

Таким образом, в установившемся состоянии рассматриваемой системы смещение x⁰ центра колебаний ПУ пропорционально измеряемой входной величине ускорения

(4.49)

В данном случае входной величиной является ускорение. Так как эта величина не определяет коэффициенты левой части уравнения (4.39), то она приведёт к смещению центра колебаний ПУ автоколебательной системы, которым является ИМ. В контуре прибора осуществляется преобразование ускорения в широтно модулированный сигнал [18]. Величина временной модуляции пропорциональна измеряемому воздействию. Диаграммы формирования сигналов показаны на рисунке 4.12.

Как было уже указано ранее, создание режима автоколебаний осуществляется путем введения в контур прибора нелинейного звена с известной статической характеристикой. В этом случае колебательной системой становится ПУ прибора, к которому приложено входное воздействие, формируемое в результате взаимодействия ММА с измеряемой физической величиной и компенсирующее воздействие, создаваемое ДС. Введение в контур прибора нелинейного звена приводит к формированию в цепи обратной связи биполярного электрического сигнала, под действием которого ПУ совершает гармоническое движение.

Рисунок 4.12 - Диаграммы движения ПУ и формирования выходных сигналов

Наличие автоколебаний приводит к принципиальным изменениям свойств и характеристик ММА, дает возможность более естественным образом осуществить широтно- или частотно-импульсную модуляцию выходного сигнала, поскольку такие ММА представляют собой пространственно-временные модуляторы, осуществляющие преобразование входной величины в электрический биполярный модулированный выходной сигнал, глубина модуляции которого пропорциональна величине входного воздействия [18].

При этом регистрируемым параметром является время, характеризующее изменение длительности импульсов сигнала управления разной полярности. Естественно, что наличие на выходе ММА импульсного электрического сигнала позволяет достаточно простыми аппаратурными средствами сформировать цифровой код для ввода информации в электронно-вычислительные машины (ЭВМ) и существенным образом упростить структуру прибора из-за отсутствия в нем блоков, осуществляющих преобразование аналогового сигнала в цифровой код. Изменение принципа работы ММА приводит к изменению физической сущности как процесса измерения, так и реализации компенсирующего воздействия, которое осуществляется в динамическом режиме и уравновешивает входное воздействие лишь интегрально за период автоколебаний ПУ [18].

Реализация такого принципа построения датчиков, сочетающего свойства и возможности резонансных и автоколебательных систем, позволяет создавать малогабаритные и микроминиатюрные приборы с достаточно высокими метрологическими характеристиками, но требует соответствующего выбора элементов самого прибора и формирования схем, обеспечивающих возбуждение и автоколебаний ПУ.

Кроме того, полученное ускорение можно учитывать в процессе измерения угловой скорости. Так при больших значениях ускорения для препятствия срыву автоколебаний можно увеличивать ток, подаваемый на токопроводящие дорожки ИМ, а значит, увеличивать и силовую характеристику ДС.

5. Экономическая часть

5.1 Расчет себестоимости и плановой цены разрабатываемого микромеханического гироскопа

На новую продукцию, не имеющую аналогов, цена изделия определяется на основе экономически обоснованных нормативов. Учет и расчет себестоимости новой продукции осуществляется по следующим калькуляционным статьям расходов:

1. Материалы и комплектующие. Здесь отображается стоимость приобретенных материалов, которые входят в состав создаваемой продукции, образуя ее основу:

,(5.1)

где M1 - основные материалы; М2 - комплектующие.

2. Основная заработная плата на изготовление устройства делится на две статьи расходов:

2.1. Основная заработная плата - расходы на оплату труда непосредственных работников.

,(5.2)

где З_осн - основная зароботная плата; Т - трудоемкость (чел/мес); З_ср.фак. - средняя заработная плата.

руб.

2.2. Дополнительная заработная плата - включает в себя оплату отпусков и составляет 10 от основной заработной платы и предусматривается только для штатных сотрудников.

 .(5.3)

3. Отчисления на социальные нужды - обязательное отчисление по установленным Законодательством нормам. Для штатных сотрудников отчисления на социальные нужды З_отч составляют 26 от суммы основной и дополнительной заработной платы. [39]

.(5.4)

4. Накладные расходы - общепроизводственные расходы по обслуживанию основного и вспомогательного производства, а также на управленческие расходы, не связанные непосредственно с производственным процессом. Накладные расходы составляют на 2009 год - 350 от фонда основной заработной платы.

. (5.5)

5. Производственная себестоимость:

(5.6)

6. Полная себестоимость изготовления изделия:

, (5.7)

где В - внепроизводственные расходы, это в основном расходы, связанные с маркетингом.

7. Оптовая цена определяется по формуле:

 , (5.8)

где П - процент плановой прибыли изготовителя (задается предприятием). [40]

Будем вести оценку себестоимости единицы продукции из расчета на изготовление 100 изделий в серийном производстве.

Произведем расчет стоимости материалов и комплектующих изделий, входящих в состав микромеханического гироскопа. Расчет стоимости основных материалов представлен в таблице 5.1. Расчет стоимости комплектующих покупных изделий и полуфабрикатов приведен в таблице 5.2.

Таблица 5.1 - Расчет стоимости основных материалов

Наименование материала	Марка материала, ГОСТ	Цена за 1 кг, р.	Норма расхода на 100 ММГ	Стоимость, р.
Кремний	1А2 КЭФ 7,5	36	40 г	1,28
Стекло	ЛК5	429	80 г	34,34
Алюминий	А7 11069-2001	69	0,4 г	0,03
ИТОГО:	-	-	-	34,65

Таблица 5.2 - Расчет стоимости комплектующих покупных изделий и полуфабрикатов

Наименование	Цена единицы, р.	Количество	Стоимость, р.
Корпус	1000	100 шт.	100000
Сервисная электроника ММГ	200	100 комплектов	20000
АЦП	700	100 шт.	80000
Светодиод КИПД80В	80	200 шт.	16000
Фотоприёмник МГ-32	100	200 шт.	20000
Двухсегментный оптрон VO0630T	50	200 шт.	10000
Магнит З-19-13-06-N	40	100 шт.	4000
ИТОГО:	-	-	250000

С помощью таблиц 5.1 и 5.2 можем определить, что согласно (5.1) стоимость приобретенных материалов и комплектующих составляет:

М1 + М2 = 250000руб.

Основная заработная плата производственных рабочих определяется на основе трудоемкости производимых работ. В таблице 5.3 приведены виды производимых работ.

Таблица 5.3. К расчету трудоемкости производимых работ

	Сотрудники
Виды работ	Про- грам- мист	Элек- трон- щик	Веду- щий инже- нер	Инже- нер 1 кат.	Инже- нер	Техно лог	Рабо- чие
1	2	3	4	5	6	7	8
1. Разводка платы электроники ММГ	1/0,1 мес	1/0,1 мес	-	-	-	-	-
2.Формирование рельефа кремниевой заготовки	-	-	1/0,2 мес	1/0,2 мес	-	2/0,2 мес	3/0,2 мес
3.Формирование изолирующей стеклянной пластины	-	-	1/0,2 мес	1/0,2 мес	-	2/0,2 мес	3/0,2 мес
4. Обработка планарной поверхности кремния	-	-	-	-	1/0,2 мес	1/0,2 мес	3/0,2 мес
5. Сварка кремниевой и стеклянной заготовок	-	-	-	-	1/0,4мес	1/0,3 мес	3/0,3 мес
6. Травление кремния	-	-	-	-	1/0,1 мес	1/0,1 мес	3/0,1 мес
7. Травление платы электроники ММГ	-	-	-	-	1/0,1 мес	1/0,1 мес	3/0,1 мес
8. Сборка блока ЧЭ	-	-	1/0,8 мес	2/0,8 мес	2/0,8 мес	-	5/0,8 мес
9. Настройка ММГ	1/0,5 мес	2/0,5 мес	1/0,5 мес	2/0,5 мес	3/0,5 мес	1/0,5 мес	-

Используя таблицу 5.3, определяем трудоемкость производимых работ. Трудоемкость для каждого вида работ находится так: произведение занятых на данной операции человек на количество месяцев.

1. 2 чел.*0,1 мес. = 0,2 чел/мес.

2. 7 чел.*0,2 мес. = 1,4 чел/мес.

3. 7 чел.*0,2 мес. = 1,4 чел/мес.

4. 5 чел.*0,2 мес. = 1 чел/мес.

5. 5 чел.*0,4 мес. = 2 чел/мес.

6. 5 чел.*0,1 мес. = 0,5 чел/мес.

7. 5 чел.*0,1 мес. = 0,5 чел/мес.

8. 10 чел.*0,8 мес. = 8 чел/мес.

9. 10 чел.*0,6 мес. = 6 чел/мес.

Таким образом, трудоемкость производимых работ составляет:

Т = 21 чел/мес.

Используя выражение (5.2), производим расчет основной заработной платы:

руб.

С помощью выражений (5.3)-(5.8) определяем себестоимость, цену и уровень рентабельности проектируемого изделия.

Дополнительную заработную плату определяем с помощью выражения (5.3):

 руб.

Используя выражение (5.4), производим расчет отчислений на социальные нужды:

руб.

Накладные расходы определяем, используя выражение (5.5):

руб.

Производственную себестоимость определяем из выражения (5.6):

В соответствии с выражением (5.7), приняв внепроизводственные расходы в размере 5 от производственной себестоимости, получим полную себестоимость 100 изделий.

руб.

руб.

Полная себестоимость одного изделия:

руб.

Плановую цену ММГ найдем по формуле (5.8), предположив, что прибыль предприятия составляет 40%:

 руб.

Расчёт себестоимости приведён в таблице 5.4

Таблица 5.4. Расчёт себестоимости

Статьи затрат	Затраты, р.
Материальные затраты	280000
Основная заработная плата	525000
Дополнительная заработная плата	52500
Отчисления на социальное нужды	150000
Накладные расходы	1312500
Внепроизводственные расходы	113500
Полная себестоимость на 100 едениц	2380000
Полная себестоимость одного изделия	23800
Цена	33400

5.2 Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта

Осуществление каждого из этапов технического проекта требует привлечения различных средств (оборудования, кадров, денежных средств и т.д.), называемых в общем виде инвестициями. Источниками инвестиций могут быть собственные или заемные средства. И в том и в другом случае весьма важным для вкладчика является определение эффективности вложений.

Наиболее распространенным критерием эффективности инвестиций в мировой практике является чистая приведенная стоимость проекта (net present value-NPV), представляющая собой приведенную стоимость будущих потоков денежных средств, генерируемых инвестиционным проектом за жизненный цикл проекта, и рассчитываемая по формуле:

Коэффициент дисконтирования характеризует темп, в котором будущие денежные доходы обесцениваются по сравнению с настоящим моментом времени, когда проводится оценка будущего. Ставка сравнения характеризует альтернативные издержки, или издержки упущенных возможностей. В формуле (6.9) величина характеризует доходность альтернатив, от которых инвестор отказывается, предполагая вложить средства в данный инвестиционный проект. Поэтому реализацию инвестиционного проекта можно считать целесообразной, если расчетная величина NPV>0. Таким образом, хотя значение NPV получено в абсолютных единицах, это величина относительная. Она характеризует превышение (снижение) дохода относительно альтернатив с годовой доходностью , от которых инвестор отказывается, предпочитая инвестиционный проект.

Информационной базой для расчета показателей эффективности вложений служит чистый поток денежных средств. Чистый поток денежных средств, генерируемых инвестиционным проектом за каждый год жизни проекта, рассчитывается по формуле

Д_t=ЧП_t+А_t-ИЗ_t, (5.10)

где ЧП_t - годовая чистая прибыль от реализации продукции, созданной инвестиционным проектом, руб.; А_t - годовые амортизационные отчисления, руб.; ИЗ_t - инвестиционные (единовременные) затраты, руб.

Годовая чистая прибыль рассчитывается по формуле

ЧП=(ВР-ЭР)(1-Т), (5.11)

где ВР - годовой объем продажи продукции, руб; ЭР - годовые эксплуатационные затраты руб.; Т=0,2 - ставка налога на прибыль. [39]

Инвестиционные затраты определяются суммой затрат в основной и обратный капитал по формуле

ИЗ=ИЗ_о+ИЗ_об, (5.12)

где ИЗ_о - инвестиционные затраты в основной капитал; ИЗ_об - инвестиционные затраты в оборотный капитал.

Годовой объем продаж рассчитывается по формуле

V=Ц·n , (5.13)

где V - годовой объем продаж от реализации комплекса, млн. руб.; n - жизненный цикл товара, г.

Годовые эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле

Э=С·n, (5.14)

где Э - годовые эксплуатационные расходы, млн. руб. [41]

Годовой объем продаж ММГ составит

руб.

Годовые эксплуатационные расходы составят

руб.

Вычислим годовую чистую прибыль согласно формуле (5.11):

ЧП=(ВР-ЭР)(1-Т)=(33400000-23800000)(1-0,2) =7680000 руб.

Пусть сумма инвестиционных затрат в основной капитал составит 30% от производственной себестоимости ИЗ_о=6810000 руб. Жизненный цикл товара составит 6 лет. Учитывая, что для запуска инвестиционного проекта необходимо 10,5% годовых эксплуатационных расходов, найдем величину инвестиционные затраты в оборотный капитал:

ИЗ_об=23800000*0,105=2500000 руб

Общая сумма инвестиционных затрат составит:

ИЗ=ИЗ_о+ИЗ_об=6810000+2500000=9310000 руб.

Укрупненный прогноз потоков денежных средств проекта представлен в таблице 5.5.

Таблица 5.5. Прогноз потоков денежных средств проекта

Показатели, млн. руб.	Интервал планирования, год
	0	1	2	3	4	5	6
1.Годовой объем продаж		33,4	33,4	33,4	33,4	33,4	33,4
2.Инвестиционные затраты	-9
3.Годовые эксплуатационные расходы		-23,8	-23,8	-23,8	-23,8	-23,8	-23,8
4.Валовая прибыль		9,6	9,6	9,6	9,6	9,6	9,6
5.Налог на прибыль		-1,9	-1,9	-1,9	-1,9	-1,9	-1,9
6.Чистая прибыль		4,6	4,6	4,6	4,6	4,6	4,6
7.Амортизация		1,1	1,1	1,1	1,1	1,1	1,1
8.Чистый поток денежных средств	-9	5,7	5,7	5,7	5,7	5,7	5,7
9.Дисконтный множитель i=0,1	1	0,91	0,83	0,75	0,68	0,62	0,56
10.Приведенный чистый поток денежных средств	-9	5,2	4,7	4,3	3,9	3,5	3,2
11.Чистая приведенная стоимость будущих потоков денежных средств NVP	-9	-3,8	0,9	5,2	9,1	12,6	15,8

Из таблицы 5.5 следует, что проект выходит на положительную величину NVP на втором году. За срок жизненного цикла, равный 6 годам, значение NVP составит 15,8 млн. руб, что свидетельствует об экономической целесообразности проекта относительно альтернатив с годовой доходностью %

5.3 Технико-экономические показатели

Для оценки технико-экономических показателей разрабатываемого двухмассового ММГ предлагается провести сравнение его основных параметров с аналогичными параметрами ММГ зарубежных фирм. Возьмем для примера зарубежный аналог ADXRS 401 фирмы Analog Devices. Сравниваемые технико-экономические показатели приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6. Технико-экономические показатели

Название	LL-ММГ ADXRS 401	Автоколебательный LL-ММГ
Коэффициент преобразования, мВ/0/с	15	1 (без использования дополнительных усилителей)
Нестабильность коэффициента преобразования, %	0,1	0,1
Диапазон измерения угловых скоростей, 0/с	+/-75	+/-250
Рабочий диапазон частот, Гц	40	70
Порог чувствительности, 0/с	-	<0,1
Время готовности, с	-	<0,05
Напряжение питания, В	5	5
Цена, руб.	32700	33400

Проанализировав данные таблицы 5.6 можно сделать вывод, что по основным характеристикам разрабатываемый ММГ сравним с зарубежным аналогом. По цене автоколебательный ММГ уступает зарубежному гироскопу, однако ADXRS 401 фирмы Analog Devices, предназначенный в основном для коммерческих целей, имеет меньший диапазон измерения угловых скоростей, меньший рабочий диапазон частот.

Таким образом, автоколебательный ММГ, имея значительно более хорошие метрологические характеристики по сравнению с ADXRS 401, занимает нишу между микромеханическими и оптоволоконными гироскопами. Что делает автоколебательный ММГ крайне перспективным с экономической точки зрения прибором.

6. Разработка вопросов безопасности жизнедеятельности

6.1 Безопасность труда при эксплуатации ММГ. Разработка средств защиты

Во время непосредственной эксплуатации микромеханический гироскоп работает в автоматическом режиме и не имеет контакта с людьми.

Целесообразно будет рассмотреть вопросы безопасности труда применительно к трудовой деятельности в процессе сборки.

6.1.1 Характеристика производственного помещения

Все операции сборки выполняются в одном производственном помещении на рабочих местах, оборудованных универсальными приспособлениями (оправками) и инструментами (паяльник, отвертка).

Характеристика сборочного цеха представлена в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Характеристика сборочного цеха

Количество человек в помещении	4
Длина помещения, м	8
Ширина помещения, м	6
Высота помещения, м	3.
Объем помещения, м3	144
Напряжение питающей сети	220В
Основной цвет стен	Светло-бежевый
Высота рабочей поверхности, м	0,8

По степени тяжести работы в сборочном цехе относятся к категории 1б (это работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением). Энергозатраты организма до 626,5 кДж/час. [42] Параметры микроклимата для данной категории работ приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Параметры микроклимата для категории работ 1б

Параметр	Холодный период года	Теплый период года
	Оптимальное значение	Допустимое значение	Оптимальное значение	Допустимое значение
1. Температура воздуха, С	21-23	20-24	22-24	21-28
2. Относительная влажность, %	40-60	Не более 75	40-60	55- 75
3. Скорость движения воздуха, м/с	Не более 0,1	Не более 0,2	Не более 0,2	0,1-0,3

6.1.2 Электрическая опасность

Микромеханический гироскоп находится в герметичном корпусе. Следовательно, прямых контактов человека с проектируемой аппаратурой не происходит.

Однако возможно одновременное прикосновение к имеющим контакт с землей металлическим конструкциям здания лаборатории и металлическим элементам корпуса прибора. Поэтому по степени опасности поражения человека электрическим током помещение относится к помещениям с повышенной опасностью.

По условиям окружающей среды производственное помещение относится к сухим и нормальным, так как относительная влажность воздуха не превышает 60%, отсутствуют условия, характеризующие помещение, как жаркое, пыльное или с химически активной средой.

Испытательная аппаратура работает под напряжением 40 В (постоянный ток). Напряжения прикосновения (U_пр) и токи, протекающие через человека (I_ч), нормируются согласно ГОСТ 12.1.038-88 “ССБТ. Электробезопасность [43]. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов”. Эти нормы соответствуют прохождению тока через тело человека по пути рука-рука или рука-ноги.

Стандарт предусматривает нормы для электроустановок нормальном рабочем режиме (таблица 6.3) и при аварийных режимах (таблица 6.4).

Таблица 6.3. Нормальный режим работы

Род тока	Наибольшее допустимое значение
	Uпр., В	Iч, мА	t, мин
Постоянный	8	1,0	10 в сутки

Таблица 6.4 - Аварийный режим работы

Род тока	Норм. Величина	Продолжительность воздействия t, с
		0,01- 0,08	0,1	0,2	0,4	0,5	0,8	1,0	Более 1,0
Постоянный	Uпр., В Iч, мА	650 650	500 500	400 400	300 300	250 250	220 220	200 200	40 15

Исходя из предельно допустимых значений напряжения прикосновения и тока, а также продолжительности воздействия согласно ГОСТ 12.1.030-81, заземление металлических нетоковедущих частей оборудования, выполнять не требуется [42].

Для защиты персонала от соприкосновения с частями оборудования, находящимися под напряжением, электрооборудование помещают в корпуса, характеризующиеся определенной степенью защиты. Для обозначения степени защиты электрооборудования согласно ГОСТ 14254-80 приняты буквы IP, за которым следуют две цифры [43]. Первая характеризует степень защиты персонала от соприкосновения с движущимися частями, вторая - степень защиты от проникновения воды. Для испытательного стенда степень защиты IP41. Для проектируемого прибора степень защиты IP66 (корпус прибора выполняется герметичным).

Для обеспечения безопасности проведения работ необходимо строго соблюдать технику безопасности при работе с токопроводящими элементами, находящимися под напряжением, работать только после ознакомления с инструкциями по безопасности. Исключать возможность воздействия на изделие динамических ударов и открытого огня.

6.1.3 Пожарная опасность

Основными причинами пожара от электроустановок являются: короткое замыкание, перегрузка электрических цепей, большое переходное сопротивление, искрение и электрическая дуга. Эффективным средством защиты электрооборудования от токов перегрузки и коротких замыканий является использование плавких вставок. Наиболее широкое применение нашли стеклянно-плавкие предохранители (СП) и керамические предохранители (ВП). Значение тока плавкой вставки определяется из соотношения:

, (6.1)

где I_ном - номинальное значение тока в приборе.

,(6.2)

где U_пит = 40 В - напряжение питания; P_потр = 1 Вт - потребляемая мощность прибора (в соответствии с техническим заданием на разработку и предварительными расчетами).

I_ном = 1 /40 = 0.025 A (6.3)

I_вст = 1.3 * 0.025 = 0.0325 A

Выбираем предохранитель ВП-0,15А.

Для устранения перегрузок необходимо обеспечить правильный выбор сечений монтажных и печатных проводов. Для работы в нормальных условиях применяются провода с волокнистой или полихлорвиниловой изоляцией. При работе с прибором в условиях повышенной температуры и влажности целесообразно использовать провода с изоляцией из стекловолокна или фторопласта.

Проектируемый прибор должен быть работоспособным в различных условиях, в том числе и в условиях повышенной температуры (до +50 С) и повышенной влажности (до 98 %). Поэтому необходимо использовать провода соответствующего качества. Так как допустимый ток до 0,15 А, следовательно, сечение проводов должно быть не менее 0,14 мм². Выбираем провод МГТФ-0,14 (для фиксированного внутри- и межприборного монтажа).

Анализируя процесс сборки, приходим к выводу, что опасность составляет также работа со спирто-бензиновой смесью, которая служит для протирания деталей и сборочных узлов, поступающих на сборку, а также эмаль ЭП-51, которой производится стопорение винтов при сборке [42]. В связи с опасностью возникновения пожара промывка происходит в специальном шкафу, оборудованном вытяжной вентиляцией.

6.1.4 Воздухообмен и вредные вещества

Кроме пожарной опасности существует опасность отравления парами бензина, который принадлежит к группе веществ наркотического действия. Авиационный бензин менее токсичен, чем более тяжелые сорта топлива. Пары бензина оказывают раздражающее воздействие на слизистую оболочку верхних дыхательных путей и глаз. Предельно допустимая концентрация бензина в воздухе 300 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005-88) [42].

При сборке плат электрических компонентов используется пайка. На сборку блока ММГ электрические платы поступают в готовом виде; однако в процессе сборки может произойти их случайная поломка, и в этом случае сборщику будет целесообразно произвести пайку отломанных компонентов. В качестве припоев применяют припой, содержащий свинец (ПОС-61), а в качестве флюсов - раствор канифоли в этиловом спирте. В связи с этим возникает опасность отравления парами свинца и этилового спирта. Для предотвращения этой опасности места сборщиков оборудуются вытяжной вентиляцией. Концентрация паров свинца в воздухе рабочей зоны не должна превышать 0,01 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005-88), а этилового спирта - 1000 мг/м³ [42].

Для обеспечения чистоты воздуха в заданных параметрах микроклимата в сборочном цехе применяется приточно-вытяжная вентиляция.

Для нормализации воздушной среды производится расчет воздухообмена в производственном помещении.

Согласно санитарных норм проектирования промышленных предприятий СН 245-84 в производственных помещениях с объемом на одного работающего более 20 м³ следует проектировать подачу наружного воздуха в количестве не менее 20 м³/ч на каждого работающего [42].

ПДК некоторых вредных веществ приведены в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - ПДК некоторых вредных веществ

Вещество	ПДК в атмосферном воздухе населенных мест, мг/м3	ПДК в рабочей зоне производственного помещения, мг/м3	Класс опасности
	Максимально разовая	Средне-суточная
Ацетон	0,35	0,35	200	4
Бензол	1,5	0,8	5	3
Бензин	5	1,5	300	4
Спирт пропиловый	0,3	0,3	-	-
Пыль не-токсичная	0,5	0,15	6	4
Свинец	-	0,0007	0,01	1
Скипидар	-	-	300	4
Спирт этиловый	-	-	1000	4

Рассчитаем количество воздуха, удаляемого местной вытяжной вентиляцией по формуле:

,(6.4)

где F - площадь открытых проемов и неплотностей, через которые засасывается воздух; V - скорость воздуха в этих проемах и отверстиях.

Скорость воздуха устанавливается в зависимости от характера вредных веществ, и обычно принимают равной для малотоксичных веществ при отсутствии нагревания и механического перемещения V = 0,5-0,7 м/с, а при наличии токсичных веществ с ПДК < 0,1 мг/м³, возможных выбросах и нагревании V = 1,0-1,5 м/с.

В нашем случае ПДК свинца < 0,1 мг/м³ и выделение его происходит при нагреве (во время пайки). Принимаем V = 1,5 м/с.

Тогда

L = 0,025 * 1,5 * 3600 = 135 м³/ч.

Таким образом, местная вытяжная вентиляция обеспечивает достаточный воздухообмен, и согласно санитарных норм проектирования промышленных предприятий СН 245-84 наличие общеобменной (механической) вентиляции в данном помещении не требуется.

6.1.5 Требования к шуму на рабочем месте

Фактические уровни звукового давления в октавных полосах не должны превышать предельно допустимых для данного технологического процесса или производственного помещения, указанных в ГОСТ 12.1.003-83 [42]. Для участка сборки предельно-допустимые уровни шума на рабочих местах приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Предельно-допустимые уровни шума на рабочих местах

Рабочие места	Уровни звукового давления, дБ	Уровень звука, дБА
	В октавных полосах с частотами, Гц
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	8000
Помещение сборки	96	83	74	68	63	60	57	55	54	65

В случае превышения фактического значения относительного допустимого следует установить средства защиты от шума.

Согласно ГОСТ 12.1.003-83, на рабочих местах при широкополосном шуме устанавливаются допустимые уровни звукового давления, защита от шума, создаваемого на рабочих местах внутренними источниками, а также шума, проникающего извне, осуществляется следующими методами [42]:

- уменьшение шума в источнике;

- применение средств коллективной (ГОСТ 12.1.029-80) и индивидуальной (ГОСТ 12.4.051-87) защиты от шума;

- рациональной планировкой и акустической обработкой рабочих мест.

Наиболее рациональной мерой является снижение шума в источнике или же изменение направленности излучения.

6.2 Требования к освещению. Расчет осветительной установки

Для обеспечения нормальной зрительной работы большое значение имеет создание рациональной освещенности. Наименьшая освещенность при комбинированном освещении для процесса точной сборки согласно СНиП 23-05-95 составляет 750 лк (4-й разряд зрительной работы, подразряд а) [43]. Применение комбинированного освещения экономично, так как нет необходимости по всему периметру помещения создавать высокую освещенность.