CC BY
0
УДК 616-073.756.8.
ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ВНЕДРЕНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЭМС-АКСЕЛЕРОМЕТРА НА БАЗЕ КОМПЬЮТЕРНОГО ТОМОГРАФА "NIKON XT H 320"
© 2024 А. А. Абросимова1, О. В. Яковлев2
1 студентка 421 группы, 11.03.04 Электроника и наноэлектроника,
факультет ФМИ e-mail: [email protected] 2кандидат технических наук, старший научный сотрудник e-mail: Teacher. [email protected]
Курский государственный университет
В данной статье рассмотрены МЭМСы, МЭМС-акселерометры, томограф "Nikon XT H 320", а также представлена особенность внедрения неразрушающего контроля на основе изучения исследований российских и международных авторов.
Ключевые слова: МЭМС, МЭМС-акселерометр, томография, рентгеновская томография, промышленная томография, томограф «Nikon XT H 320»
PECULIARITIES OF USEFULNESS OF IMPLEMENTATION OF NONDESTRUCTIVE TESTING OF MEMS ACCELEROMETER ON THE BASIS OF COMPUTER TOMOGRAPH "NIKON XT H 320"
© 2024 A. A. Abrosimova1, O. V. Yakovlev2
1Student of 421 groups, 11.03.04 Electronics and Nanoelectronics, Faculty of FMI
e-mail: [email protected] 2Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher e-mail: Teacher. Yacovlev@ yandex. ru
Kursk State University
This article considers MEMS, MEMS-accelerometers, tomograph "Nikon XT H 320", and also presents the peculiarity of non-destructive testing implementation, based on the study of studies of Russian and international authors.
Keywords: MEMS, MEMS-accelerometer, tomography, X-ray tomography, industrial tomography, tomograph "Nikon XT H 320".
MЭМС (микроэлектромеханические системы) представляют собой технологии и устройства, которые интегрируют микроэлектронные и микромеханические компоненты. Обычно МЭМС-устройства производятся на кремниевой основе с использованием методов микрообработки, схожих с процессами создания интегральных микросхем. Размеры микромеханических элементов варьируются от 1 до 100 микрометров, в то время как размеры кристаллов МЭМС-микросхем колеблются от 20 микрометров до одного миллиметра [9].
Уникальность МЭМС-устройств заключается в их способности улучшать технические характеристики электронных приборов и делать их чувствительными
к окружающей среде. Они могут воспринимать звуковую информацию, распознавать лица и предметы, а также реагировать на движения. МЭМС-технологии находят широкое применение благодаря высокой надежности, доступной стоимости и компактным размерам, что позволяет использовать их в миниатюрных устройствах [11; 4].
Интерес к микромеханическим датчикам движения, особенно акселерометрам, растет среди разработчиков, что видно по увеличению публикаций в научных и технических журналах, а также по росту числа патентов на новые технологии и решения [2; 3; 12; 13; 14]. В этих исследованиях подчеркивается важность повышения точности измерений, включая температурные параметры, а также улучшения надежности, устойчивости к вибрациям и расширения диапазона измерений. Эти аспекты остаются актуальными и востребованными в современных технологиях.
МЭМС-акселерометры являются перспективными в разных областях благодаря своим особенностям. Их компактные размеры и низкое энергопотребление позволяют интегрировать их в небольшие устройства, что делает их идеальными для использования в портативной электронике, включая смартфоны и носимые гаджеты. Кроме того, они отличаются высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям, таким как вибрации и экстремальные температуры, что делает их подходящими для авиации, космической техники и военных приложений. В системах навигации и ориентации они предоставляют точные данные о положении и движении, что критически важно для безопасности и эффективности различных транспортных средств [1].
Для достижения максимальной надежности и производительности необходимо проводить тщательную проверку их состояния и целостности. Использование рентгеновской томографии для неразрушающего контроля может значительно повысить качество проверки, позволяя выявлять скрытые дефекты и гарантируя долговечность устройств.
Рентгеновская томография (от греческого слова tomos, что означает «кусок» или «слой») отличается от рентгенографии тем, что позволяет получать информацию о плотности вещества в каждой условной точке всего объема исследуемого объекта. В результате рентгеновской томографии можно реконструировать (или «создать») рентгеновское изображение слоя объекта определенной толщины в любом произвольном сечении, а также получить аксонометрическое изображение всего объекта. В отличие от рентгенографии, на изображении слоя не будут присутствовать тени от элементов, находящихся вне этого слоя. Именно поэтому данный метод называется «томографией» - он позволяет получать изображения отдельных слоев исследуемого объекта [6; 7].
Таким образом, рентгеновская томография превращает сложные объекты в доступные для анализа слои, освобождая нас от теней и наложений, которые могут затруднять восприятие в обычной рентгенографии. Это искусство визуализации, которое не только обогащает наше понимание, но и открывает новые горизонты в медицине, науке и промышленности.
Промышленная томография — это ключевой метод неразрушающего контроля, который помогает обнаруживать скрытые дефекты и оценивать качество материалов. Томограф «Nikon XT H 320» PentaSource предлагает множество преимуществ благодаря своей уникальной конструкции с пятью различными мишенями [10]. В таблице 1, которая составлена на основе изученной литературы [5; 10], представлена основная информация о пользе томографа.
Но главное преимущество в самом принципе работы - «Nikon XT H 320» PentaSource имеет не одну, а пять разных мишеней (рис. 1), позволяющих изменять конфигурацию рентген-трубки [10].
Абросимова А. А., Яковлев О. В. Особенности и преимущества внедрения
неразрушающего контроля МЭМС - акселерометра на базе компьютерного томографа "Nikon XT H 320"
Таблица 1
Преимущества томографа «Nikon XT H 320» PentaSource [5; 10]_
Настраиваемость Специалисты могут адаптировать параметры рентгеновской трубки под конкретные задачи, что приводит к более детализированным и точным результатам
Анализ плотных материалов Увеличенная способность исследовать более плотные материалы, такие как сталь и чугун, делает томограф особенно полезным для тяжелой промышленности
Работа с крупными образцами Возможность сканирования образцов размером до 300 х 300 мм и весом до 100 кг открывает новые возможности для компаний, работающих с большими изделиями
Разнообразие методов анализа Разные типы мишеней (на просвет, на отражение и т.д.) позволяют применять различные методы рентгеновского исследования, что улучшает качество изображений и повышает вероятность обнаружения дефектов
Рис. 1. Виды мишеней томографа Nikon XT H 320 [10]
Использование различных мишеней позволяет адаптировать размер фокального пятна для решения различных задач. 320 кВ микрофокусный источник излучения используется для проникновения через более крупные или плотные образцы. Зависимость максимального напряжения трубки и разрешения представлена в таблице 2 [10]:
Таблица 2
Зависимость максимального напряжения трубки и разрешения [5; 10]_
Nikon PentaSource
Рентген-трубка На просвет Ультрафокус Мультиметалл Вращающаяся 320 кВ
Максимальное напряжение, кВ 180 225 225 320
Максимальная мощность, Вт 10 225 450 320
Фокальное пятно, мкм лучше 1 3 10 30
на максимальной мощности 10 225 113 300
Томограф ХТ Н 320 (см. рис 2) имеет широкое входное отверстие и сверхмощный прецизионный 5-осевой манипулятор, способный удерживать образцы массой до 100 килограммов. Для компьютерной томографии предусмотрена зона для образцов размером 300 миллиметров в ширину и 300 миллиметров в высоту [5].
Рис. 2. Внутренний вид томографа
Процесс работы томографа заключается в том, что объект помещается в устройство, которое вращается вокруг него, снимая серию рентгеновских снимков под разными углами. Затем эти данные обрабатываются компьютером для создания трехмерного изображения объекта. Это позволяет исследователям получать
Абросимова А. А., Яковлев О. В. Особенности и преимущества внедрения
неразрушающего контроля МЭМС - акселерометра на базе компьютерного томографа "Nikon XT H 320"
информацию о внутренних дефектах, структуре материалов, размерах частиц и других параметрах без необходимости разрушительного тестирования [5].
На материалах изученных источников [5; 6; 7; 10] можно сделать вывод, что внедрение неразрушающего контроля МЭМС-акселерометров на базе компьютерного томографа «Nikon XT H 320» обусловлено несколькими ключевыми причинами, которые представлены в таблице 3.
Таблица 3
Преимущества внедрения неразрушающего контроля МЭМС-акселерометров [11-14]
Высокая точность и детализация Компьютерный томограф «Nikon XT H 320» обеспечивает высокое разрешение и детализацию изображений, позволяя точно выявлять микротрещины, дефекты или неоднородности в структуре мэмс-акселерометров, что критически важно для обеспечения их надежности и долговечности
Анализ сложных геометрий МЭМС-акселерометры имеют сложную внутреннюю структуру, которая может быть труднодоступной для традиционных методов контроля. Использование томографии позволяет визуализировать внутренние компоненты без разрушения образца, что дает возможность более глубокого анализа
Устранение человеческого фактора Автоматизированный процесс сканирования и анализа данных снижает вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором, что повышает общую надежность результатов контроля
Экономия времени и ресурсов Неразрушающий контроль с использованием компьютерного томографа позволяет быстро и эффективно проводить анализ без необходимости разрушать образцы, что значительно экономит время и ресурсы на тестирование и последующую переработку
Улучшение качества продукции Регулярный контроль качества МЭМС-акселерометров с использованием передовых технологий, таких как томография, способствует повышению качества конечного продукта, что, в свою очередь, увеличивает конкурентоспособность на рынке
В заключение отметим, что внедрение неразрушающего контроля МЭМС-акселерометров с использованием компьютерного томографа «Nikon XT H 320» представляет собой важный шаг к повышению качества и надежности высокотехнологичных изделий. Применение современных методов НК не только позволяет выявлять скрытые дефекты и недостатки на ранних стадиях производства, но и существенно снижает риски, связанные с эксплуатацией готовой продукции. Это, в свою очередь, способствует улучшению конкурентоспособности на рынке и соблюдению строгих стандартов качества. Инвестиции в такие технологии оправдывают себя, обеспечивая долгосрочные преимущества как для производителей, так и для конечных пользователей. Таким образом, использование передовых методов неразрушающего контроля становится неотъемлемой частью стратегии обеспечения качества в современных производственных процессах.
Библиографический список
1. Калинкина, М. Е. Микроэлектромеханические системы и датчики / М. Е. Калинкина, О. И. Пирожникова, В. Л. Ткалич, А. В. Комарова. -Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2020 - 75 с.
2. Козлов А. С. и др. МЭМС-АКСЕЛЕРОМЕТР. - 2019.
3. Крестьянинов А. А., Смирнов Г. Г. ЧАСТОТНЫЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР. - 2009.
4. Мавлютов, А. Р. Микроэлектромеханические системы. История их развития / А. Р. Мавлютов, А. С. Куликов, А. Р. Мавлютов //Academy. - 2017. - №. 12 (27). -С. 30-31.
5. «Наконец-то уникальный томограф в России!» [Электронный ресурс]. - URL: https://sovtest-ndt.ru/2017/07/05/nakonets-to-unikalnyiy-tomograf-v-rossii/?ysclid=m3mo6spcc8562132297 (дата обращения: 17.11.2024)
6. Потрахов, Н. Н. Рентгеновская томография / Н. Н. Потрахов и др. // Фотоника. - 2019. - Т. 13. - №. 7. - С. 688-693.
7. Прусов, Е. С. Компьютерная томография для задач трехмерного материаловедения / Е. С. Прусов // Фундаментальные исследования. - 2015. - №. 5-2. -С. 318-323.
8. Прядко А. И. и др. МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР. - 2013.
9. Саленко, Д. С. История развития и области применения технологии MEMS / Д. С. Саленко //Автоматика и программная инженерия. - 2013. - №. 3 (5). - С. 68-74.
10. «Уникальный промышленный томограф. Теперь и в России!» [Электронный ресурс]. - URL: https://kp-sovtest.ru/unikalnyiy-promyishlennyiy-tomograf-teper-i-v-rossii/?ysclid=m3mo1ra94g882636984 (дата обращения: 17.11.2024)
11. Урманов, Д. М. Русская ассоциация мэмс - шаг вперед на пути развития мэмс-технологий в России / Д. М. Урманов // Датчики и системы. - 2010. - №. 10. - С. 73-75.
12. Югай Е. Б., Ашманов С. И. СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ АУТЕНТИФИКАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВАНИИ ЕГО ПОДПИСИ. - 2018.
13. Javor, J. 100 pT/cm single-point MEMS magnetic gradiometer from a commercial accelerometer / J. Javor et al. //Microsystems & Nanoengineering. - 2020. - Т. 6. - №. 1. -С. 71.
14. Liu, H. F. A review of high-performance MEMS sensors for resource exploration and geophysical applications / H. F. Liu et al. // Petroleum Science. - 2022. - Т. 19. - №. 6. -С. 2631-2648.
