Методи та компоненти комп’ютерної системи автоматичного контролю резистивних параметрів мікроелектромеханічних систем

Abstract

У дисертаційній роботі розв’язано наукову задачу розроблення методів та засобів автоматичного контролю резистивних параметрів мікроелектромеханічних систем. Розроблено метод автоматичного визначення величини електричного опору резистивних параметрів МЕМС, який ґрунтується на побудованому алгоритмі збалансування мостової схеми та моделях, що дає змогу повністю автоматизувати процес визначення величини електричного опору резистивних параметрів МЕМС, а також розроблений відповідний алгоритм оптимізації даного методу. Розроблено мікроконтролер автоматичного контролю величини електричного опору резистивних параметрів МЕМС на базі мікроконтролера сімейства Arduino, та спеціалізоване програмне забезпечення для нього. Крім того, в роботі розроблено метод автоматичного визначення наближеного значення величини електричного опору резистивних параметрів МЕМС, а також метод автоматичного визначення діапазону значень величини електричного опору резистивних параметрів МЕМС, що ґрунтується на розробленому алгоритмі та розробленій схемній моделі, і дає змогу здійснити вибір границь діапазону значень величини електричного опору в автоматичному режимі. Методи, розроблені в дисертаційній роботі, закладені в основу розробленої спеціалізованої комп’ютерної системи автоматичного контролю резистивних параметрів МЕМС, і в сукупності виступають в якості ефективного механізму розв’язання поставленої задачі автоматизації контролю резистивних параметрів мікроелектромеханічних систем. В диссертационной работе решена научная задача разработки методов и средств автоматического контроля резистивных параметров микроэлектромеханических систем. Разработан метод автоматического определения величины электрического сопротивления резистивных параметров МЭМС, основанный на построенном алгоритме сбалансирования мостовой схемы и моделях, и позволяет полностью автоматизировать процесс определения величины электрического сопротивления резистивных параметров МЭМС. Разработан алгоритм оптимизации метода автоматического определения величины электрического сопротивления резистивных параметров МЭМС, позволяющий уменьшить количество рабочих итераций до 7 раз путем оптимизации процесса сбалансирования электрического моста на основе прогнозирования изменения величины остаточного напряжения дисбаланса, возникающее около точки равновесия электрического моста. Также в работе разработан микроконтроллер автоматического контроля величины электрического сопротивления резистивных параметров МЭМС на базе микроконтроллера семейства Arduino и специализированное программное обеспечения для него. Кроме того, в работе разработан метод автоматического определения приблизительного значения величины электрического сопротивления резистивных параметров МЭМС, основанный на разработанном алгоритме и моделях, который позволяет определить образцовое электрическое сопротивление с заранее заданного множества образцовых резисторов, в окружности значение которого находится величина электрического сопротивления исследуемого резистивного параметра, а также метод автоматического определения диапазона значений величины электрического сопротивления резистивных параметров МЭМС, основанная на разработанном алгоритме и разработанной схемной модели, который позволяет осуществить выбор границ диапазона значений величины электрического сопротивления в автоматическом режиме. Методы, разработанные в диссертационной работе, были заложены в основу разработанной специализированной компьютерной системы автоматического контроля резистивных параметров МЭМС, а также ее информационного, лингвистического, математического, технического и программного обеспечения. В совокупности все разработанные в работе методы, модели и средства, а также соответствующая специализированная компьютерная система, представляющая их программную реализацию, выступают в роли эффективного механизма решения поставленной задачи автоматизации контроля резистивных параметров микроэлектромеханических систем. This thesis provides solution for scientific task of development methods and means for automatic control of the resistive parameters of microelectromechanical systems. A method of automatic determination of the electric resistance of MEMS resistive parameters, which is based on the bridge circuit balancing algorithm and appropriate models, and allows to fully automate the process of determining the electric resistance value of MEMS resistive parameters, is developed. The optimization algorithm for the method of automatic determination of the electric resistance of MEMS resistive parameters, which allows to reduce the number of operating iterations up to 7 times by optimization the electric bridge balancing process with forecasting changes in the magnitude of imbalance residual voltage, which occurs in a neighborhood of the electrical bridge equilibrium point, is developed. Also the microcontroller of automatic determination of the electric resistance of MEMS resistive parameters, which is based on microcontroller of Arduino family, and it’s specialized software, are developed. Furthermore, the method of automatic determining the approximate value of the electric resistance of MEMS resistive parameters, which is based on the developed algorithm and models, and allows to determine the exemplary electric resistance from the set of pre-specified exemplary resistors, in a neighborhood of which the value of the electric resistance of investigated MEMS resistive parameter is located, is developed, as well as the method of automatic determining the value range of the electric resistance of MEMS resistive parameters, based on the algorithm and developed circuit model, which allows to choose the value range limits of the electric resistance automatically. All the methods laid the foundation of the developed a specialized computer system for automatic control of MEMS resistive parameters, and its informational, linguistic, mathematical, technical support and software. Together all developed methods, models and means, as well as corresponding specialized computer system, which represents their software implementation, serve as an effective mechanism for solving the task of automatic control of the resistive parameters of microelectromechanical systems.