?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Этот пост есть продолжение http://videoelektronic.livejournal.com/2004816.html
Работа над текстом заявки началась. В связи с тем, что привлекаемые мной, как руководителем бизнеса, учёные рассеяны по Стране, работа ведётся путём написания мной (как ведущим проект менеджером) некого скелета текста и распределением между сотрудниками проекта отдельных частей для проработки. Текст каждый раз компилируется мной из присылаемых мне частей, а потом снова рассылается по всем участникам проекта.
На самом деле, это мой первый опыт руководства собранным пулом учёных. Даже не знаю заранее насколько он будет удачным.
Почему я не боюсь выкладывать это в сеть, ведь "скопируют конкуренты" и т.п.
Нет, не боюсь, так как решение этим заниматься принято мной и по такому описанию начать с нуля невозможно, а компетенции необходимые есть только у нас.

Интересно будет, если кто-то в комментах напишет о своём опыте подобной работы.


Тема: Интеллектуальный вакуумный широкодиапазонный сенсор на базе оригинального ионизационного датчика с горячим катодом, использующий эффект накопления ионов в потенциальной яме электронного потока.

2. НАУЧНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ИННОВАЦИОННОГО ПРОЕКТА:

2.1. Обоснование необходимости проведения НИОКР. Современное состояние исследований по данному направлению.

Современное состояние исследований по датчикам вакуума с горячим катодом характеризуется тем, что предлагаются незначительные оптимизации конструкции традиционного известного много десятилетий датчика типа Байярд-Альперт (форма электродов, материал нити катода и материал анодной сетки, материал и покрытие колбы датчика, введение дополнительного коллектора-фотоэммитера для компенсации величины фотоэлектронного тока коллектора ионов), но неизменным остаётся использование статического принципа измерения тока коллектора датчика при условии стабилизации электронного тока катода датчика. Т.е. измерения токов лампы-датчика осуществляются в статическом режиме при постоянных напряжениях на электродах лампы.

В основе предлагаемого нами инновационного проекта лежит открытое более 20 лет назад явление изменения электронного тока через вакуумный промежуток в лампе с термоэмиссионным катодом при включении такой лампы в специальный режим, имеющий целью образование в её объёме динамической или статической потенциальной ямы пространственного заряда потока электронов. Обращаем внимание, что мы предлагаем проект интеллектуального вакуумного сенсора с датчиком, основанном на принципиально ином физическом принципе, чем используется сейчас традиционно, в том числе и в импортных функциональных аналогах.

Несмотря на то, что подобное явление известно уже несколько десятков лет, первые примеры его полезного применения можно отнести к _____ году, когда появились АС , описывающие применение подобного метода измерений для контроля уровня вакуума в отпаянных электровакуумных приборах. Однако, несовершенство элементной базы того времени не позволяло осуществлять многоканальный динамический сбор и обработку в режиме реального времени сигналов, сопровождающих накопление ионов в электронной потенциальной яме, а, значит, создать полноценное измерительное оборудование, способное конкурировать с датчиками типа Байярд-Альперт, хотя сама физика процессов накопления положительных ионов в потенциальной яме электронного потока обеспечивала отсутствие у данной методики фоновых фототоков и других недостатков традиционных манометрических ионизационных ламп. Вакуумметр на принципе накопления ионов в потенциальной яме потока электронов лампы с горячим катодом ещё в 90-е годы 20-го столетия проигрывал традиционному вакуумметру на принципе Байярда-Альперта по массогабаритным, точностным, стоимостным и другим важным для потребителей характеристикам, а, поэтому, данный метод применялся только тогда, когда измерение вакуума традиционными способами было невозможным.

Сегодня стоимость компонентной базы, необходимой для создания контроллера лампы-датчика, работающей по принципу накопления ионов в потенциальной яме электронного потока, резко снизилась, по сравнению с концом прошлого столетия. Появились доступные микропроцессоры, имеющие вычислительные возможности, позволяющие осуществить многократно более точную и детальную обработку сигналов, генерируемых подобной лампой-датчиком. Таким образом, в настоящий момент в результате развития техники аналогово-цифровой обработки сигналов сложились условия, позволяющие создать на базе открытого несколько десятков лет назад физического явления конкурентоспособный интеллектуальный вакуумный широкодиапазонный сенсор.

Научный коллектив, привлекаемый к проведению работ, имеет значительный опыт в разработке датчиков высокого вакуума, в том числе и датчиков на базе накопления ионов в потенциальной яме пространственного электронного заряда, состоит из специалистов, глубоко понимающих физику происходящих в ионизационном датчике процессов. Так же у компании имеется значительный производственно-технологический и конструкторский задел, позволяющий создать необходимый микропроцессорный контроллер для датчика высокого вакуума, который за счёт реализации динамических измерений одновременно нескольких сигналов, получаемых от датчика оригинальной конструкции, сможет в режиме реального времени эффективно преобразовывать эти сигналы в значения величины измеряемого вакуума.

Анализ возможных характеристик конечного продукта (интеллектуального сенсора) ( тут надо написать, какой диапазон измерений мы ждём от разрабатываемого датчика? Лучше вообще от атмосферы до где-то 10Е-11 Па !) , который должен возникнуть после объединения научно-технических решений конструкции самой лампы-датчика с возможностями современных микропроцессорных систем обработки сигнала, показывает   перспективы его коммерциализации. Коллектив проекта располагает основными конструктивными решениями будущего интеллектуального сенсора. В то же время, потенциальные потребители продукции выражают высокую заинтересованность в получении полностью отечественной измерительной базы, способной заменить в высоковакуумных установках резко подорожавшие импортные интеллектуальные вакуумные сенсоры, чем обеспечить более точное измерение вакуума, что положительно повлияет на качество технологических процессов в использующих высоковакуумные и сверхвысоковакуумные установки, таких, как напыление тонких плёнок в микроэлектронном производстве, формирование фотокатодов в производстве электронно-оптических преобразователей и фотоэлектронных умножителей, в электронно-лучевой фотолитографии, производстве рентгеновских трубок и многих других технологических процессах.


С учётом того, что промышленная политика руководства РФ однозначно направлена на стимуляцию развития перечисленных выше технологических направлений, можно утверждать, что спрос на интеллектуальные сенсоры для измерения высокого и сверхвысокого вакуума внутри страны будет возрастать и возрастать резко.

Однако, к сожалению, данная рыночная ниша характеризуется слабой локализацией спроса и, как следствием, отсутствием в ближайшей перспективе крупных заказчиков на подобные вакуумные интеллектуальные сенсоры. В связи с тем, что ожидаемая долговечность разработанного нами в результате НИОКР продукта будет существенно более высокой, чем даже у сегодня применяемых импортных интеллектуальных вакуумных сенсоров, не следует строить маркетинговую стратегию на поиске одного или нескольких крупных заказчиков на такую продукцию. Ведь, даже заказав однажды значительное количество подобных вакуумных интеллектуальных сенсоров (из расчёта обычной долговечности импортных их функциональных аналогов), такой крупный заказчик сможет на долгое время (несколько лет) не иметь необходимости покупки нашей продукции. В то же время, несомненно, имеется значительная потребность в надёжных и точных интеллектуальных вакуумных сенсорах со стороны огромного, даже в России, количества средних и малых потребителей (в том числе ВУЗ, различных НИИ и малых инновационных предприятий ).

Несомненным достоинством, упрощающим завоевание рынка, предлагаемым нами интеллектуальным вакуумным сенсором является то, что до сих пор в России нет ни одного производителя подобных устройств. Имеющиеся предложения от национальных производителей основаны на разработках контроллеров к конструктивно устаревшим ионизационным датчикам с термокатодом 20-ти или даже 40-ка летней давности разработки, а часто и произведённых ещё в СССР.

Для подтверждения изложенного выше нами было проведено выборочное исследование интереса представителей потенциального рынка к продукту, разработка которого является целью бизнес-плана. Перечень опрошенных организаций приведён в таблице 2.1



Данный интеллектуальный вакуумный сенсор имеет не только перспективы внутреннего спроса. У предлагаемого нами прибора есть несомненный экспортный потенциал, поскольку уровень развития перечисленных выше технологий во многих странах мира достаточно высокий, и имеется огромное количество активно используемого высоковакуумного оборудования, нуждающегося в высокоточном и долговечном интеллектуальном вакуумном сенсоре. Ещё раз обращаем внимание, что предлагаемый нами вакуумный сенсор с точки зрения физического принципа работы не имеет прямых импортных аналогов, что так же облегчит завоевание иностранных рынков. В прилагаемых к бизнес-плану письмах приведёны ответы от типичного иностранного потенциального потребителя нашего продукта, планируемого к разработке и последующему производству, а так же от консалтинговой компании, специализирующейся в области консалтинга производств, связанных с высоковакуумными технологиями. Видно, что иностранные потребители заинтересованы в появлении конкурентоспособной альтернативы традиционным производителям вакуумных интеллектуальных сенсоров (таких, как   VACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH, Agilent, Kurt J. Lesker Company Ltd., Thyracont Vacuum Instruments GmbH, и многих других).

Таким образом, при несомненной рыночной перспективности предлагаемого нами интеллектуального вакуумного сенсора можно констатировать невозможность нахождения частного инвестора среди потенциальных потребителей, поскольку вакуумные датчики, хотя и достаточно важны, но не являются основным элементом, составляющим стоимость какого-либо технологического процесса.

К основным техническим рискам данного проекта относятся:

1). Для двухэлектродной конструкции. Накопление в потенциальной яме электронного потока ионов материала катода, что снизит чувствительность сенсора значением величины такого паразитного (фонового) процесса.

   Способом борьбы с подобным явлением может быть выбор минимально достаточной для термоэлектронной эмиссии температуры катода (скорость испарения ионов зависит от температуры экспоненциально), либо переход к более сложным многоэлектродным конструкциям датчика с использованием ограничения тока пространственным зарядом виртуального катода.

2). Деформация динамической потенциальной ямы (имеющей «глубину» несколько Вольт) напряжением накала прямонакального катода (для двухэлектродной конструкции датчика). Это ведёт к уменьшению чувствительности, т.к. меньше накапливается ионов в яме.

Принципиально можно устранить высокочастотным (мегагерцы) питанием накала. Возможно снизить до минимального влияния путём создания конструкции нити накала (катода), имеющей рабочее напряжение в несколько раз меньшее, чем глубина потенциальной ямы (0,8-1,6 Вольт).

3). Время накопления ионов в потенциальной яме пространственного заряда электронного потока (оно обратно пропорционально давлению газа) может оказаться слишком большим для сверхвысокого вакуума. Так при экспериментах на образцах электровакуумных приборов не являющихся специальными датчиками вакуума (например, в кенотроне ВИ3-18/32) при амплитуде переменного напряжения напряжения 50 В и токе 15 мА при
 давлении 2*10Е-5 Па время роста тока до насыщения составляло 100 мс. Таким образом, при давлениях газа порядка 10Е-9 Па время полного заполнения ионами потенциальной ямы электронного потока будет на 4 порядка больше, т.е. 100 с.

Потенциальную яму не обязательно заполнять полностью. Стабильность современных источников питания и измерительных схем позволяет получить высокую точность измерений при полезном сигнале в 10% и менее от максимально возможного. Если двухэлектродную конструкцию реализовать между двумя накалёнными катодами, то чувствительность метода измерения увеличится в два раза. Увеличение амплитуды переменного напряжения до 200 Вольт способно в несколько раз от приведённого примера повысить вероятность ионизации и чувствительность метода измерения. Так же возможно перейти с синусоидального высокочастотного напряжения форму напряжения более близкую в прямоугольной (меандр), что, то же поднимет скорость ионизации в 2-3 раза. Если эти две нити катодов расположить взаимно перпендикулярно, то можно получить эффект многократного пролёта электронов мимо нитей катодов-анодов, что увеличит вероятность ионизации до десяти раз. В случае же многоэлектродной системы и потенциальной ямы виртуального катода эффективным является переход к электронно-лучевой схеме или «ленточному» потоку электронов.

Таким образом, приступать к изготовлению продукции прямо сейчас невозможно, так как требуется выполнение НИОКР для снятия технических рисков с целью получения действительно конкурентоспособной и технологичной, пригодной для серийного производства продукции, имеющей полный комплект конструкторской и технологической документации, выполненной по стандартам ЕСКД и ЕСТД, что позволит размещать изготовление отдельных компонентов интеллектуального вакуумного сенсора на специализированных смежных предприятиях, использовать для производства электронных блоков и механических деталей контроллера интеллектуального сенсора современное оборудование с ЧПУ.

1)      изучить поведение системы вакуумный ионизационный датчик - микропроцессорный контролер, сначала изготовив её макет, рассчитав параметры макета теоретически, а затем и практически подтвердить путём исследования нескольких возможных конструкций лампы-датчика. Подобная цель требует проведения математического моделирования физики работы лампы-датчика, проведение траекторного анализа электронного потока, расчёта на основе такого анализа распределения пространственного заряда в лампе-датчике и математического моделирования эффектов накопления положительных ионов в потенциальной яме.

2)      На основе п.1 выбрать две-три оптимальных конструкции лампы-датчика, определить их диапазон измерений, точность и повторяемость конструкции.

3)      Разработать оптимальную конструкцию контроллера для лампы-датчика, в том числе схемотехнику, а так же программное обеспечение, которое реализует оптимальный алгоритм функционирования системы датчик-контролер и имеет возможность работы с современными системами АСУ ТП.

4)      На этапе ОКР потребуется покупка лучших образцов иностранной продукции, имеющейся на рынке, что бы провести сравнение их характеристик с характеристиками разработанного нами интеллектуального вакуумного широкодиапазонного сенсора и, в случае необходимости, скорректировать конструкцию нашего продукта для достижения конкурентных потребительских свойств.

Неотъемлемой частью НИОКР должно стать проведение моделирования с использованием развитых математических методов и современных пакетов САПР. В связи с тем, что задача моделирования влияния пространственного заряда потока электронов и его компенсации пространственным зарядом ионов не является тривиальной и стандартной, потребуется разработка собственного оригинального программного продукта, моделирующего физику процессов. Полученные результаты должны быть подтверждены испытаниями. Для организации серийного производства необходимо разработать технологическую и конструкторскую документацию.

Еще раз перечислим основные параметры датчиков, которые будут оптимизированы в ходе НИОКР в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

№ пп

Параметр датчика/технологии его производства

Подход к оптимизации в ходе НИОКР

1.

Конструкция электродов датчика

Моделирование в пакетах (необходимо указать какой-то программный пакет, моделирующий электронные траектории в произвольно выбранной электродной системе)

2.

Чувствительность датчика

Моделирования влияния пространственного заряда потока электронов и его компенсации пространственным зарядом ионов на базе собственной программы, написанной на языке _____________

3.

Схемотехника контроллера интеллектуального сенсора

Моделирование в пакетах

4.

Конструирование печатной платы контроллера интеллектуального сенсора

Пакет

5.

Конструирование лампы-датчика

Подготовка в пакете NX CAD

6.

Конструирование механических корпусных деталей интеллектуального вакуумного сенсора

Подготовка в пакете NX CAD

7.

КД и ТД

Подготовка в пакете NX CAD, NX CAM

8.

Электрофизические параметры интеллектуального вакуумного сенсора.

Проведение исследовательских и приемочных испытаний на специально создаваемых стендах.

С целью определения научной новизны и патентной чистоты решений, предлагаемых в проекте, был проведен патентный поиск. При проведении патентного поиска и анализа запатентованных в странах СНГ и за рубежом технических решений по созданию интеллектуальных вакуумных сенсоров, близких по конструктивному исполнению к предлагаемому в настоящем проекте, мы исходили из того, что основные элементы выполненных разработок, подлежащих проверке на патентную чистоту следующие:

1.

2.

(жду каких-то намёток по патентному поиску. Думаю, что можно будет применить нестандартные подходы для ускорения этой формальности).

Таблица 2.3. Патентная документация

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому в настоящей работе являются следующие технические решения:

Таблица 2.4. Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчеты о научно-исследовательских работах.

При проведении анализа патентной литературы выявлен ряд изобретений, технические решения которых могут использоваться в качестве аналогов разрабатываемых изделий. При этом не все признаки, перечисленные в формулах известных изобретений, обеспечивают в полной мере достижение поставленных задач. Таким образом, в ходе выполнения НИОКР потребуются дальнейшие исследования патентной чистоты разрабатываемых изделий. Результаты проводимой разработки не нарушают права третьих лиц.

Резюмируя раздел, отметим, что на мировом рынке присутствуют интеллектуальный вакуумные сенсоры для измерения высокого и сверхвысокого вакуума, но они являются лишь функциональными аналогами предлагаемого нами сенсора, работа которого основана на абсолютно ином физическом принципе. Применяемый в предлагаемом нами интеллектуальном вакуумном сенсоре физический принцип будет должен позволить иметь более широкий диапазон измерений и большую точность самих измерений при сопоставимой себестоимости изделия.

( это пока окончание ………………..



promo videoelektronic march 31, 00:19 28
Buy for 40 tokens
Итак, вчера я описал свой взгляд на медицинско-технические проблемы, вызывающие именно такой характер распространения коронавируса, какой мы все наблюдаем. Версия технократа по поводу т.н. "эпидемии COVID-19" Но это лишь один слой проблемы. Взгляд, так сказать, с одного ракурса.…

Profile

The Dungeon Again!, Hell
videoelektronic
Журнал КОНТРРЕВОЛЮЦИОНЕРА

Latest Month

November 2020
S M T W T F S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930     

Tags

Comments

Powered by LiveJournal.com
Designed by Tiffany Chow