1書籍

內(nèi)容簡介

針對微傳感器技術(shù)發(fā)展速度快，一些理論、方法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)尚未成熟的特點(diǎn)，本書緊密結(jié)合微傳感器的新發(fā)展動態(tài)，對熱、輻射、機(jī)械、磁、化學(xué)量微傳感器的基本理論及實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行分類闡述，同時介紹了微傳感器系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)獲取與處理方面的知識，旨在為讀者提供一本微傳感器方面的入門讀物。本書幫助讀者在掌握微傳感器基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，建立微傳感器設(shè)計(jì)、研究、制作及實(shí)驗(yàn)分析等方面的基本概念。當(dāng)遇到具體的微傳感器問題時，能查到專業(yè)文獻(xiàn)，能讀懂文獻(xiàn)內(nèi)容，能自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。

本書可供高等工科院校微機(jī)電系統(tǒng)、測控技術(shù)與儀器、自動化工程、機(jī)電一體化及儀器儀表等專業(yè)師生使用，也可供從事儀器相關(guān)專業(yè)的研究、設(shè)計(jì)、制造、使用的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。

目錄

1 引言

1.1　微電子與微傳感器

1.1.1 微電子與微器件

1.1.2　微傳感器

1.1.3 微機(jī)電系統(tǒng)

1.1.4　微器件的相關(guān)理論與技術(shù)

1.2　微傳感器與測量系統(tǒng)

1.2.1 測量系統(tǒng)

1.2.2　微傳感器的分類

1.2.3 微傳感器系統(tǒng)

1.3 本書內(nèi)容的學(xué)習(xí)

1.3.1 專業(yè)文獻(xiàn)的查找

1.3.2 專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀

1.3.3　數(shù)據(jù)的總結(jié)與表達(dá)

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2名詞

概念

⑴就單一傳感器而言，微傳感器是指尺寸微小的傳感器，如敏感元件的尺寸從微米級到毫米級、甚至達(dá)到納米級，主要采用精密加工、微電子以及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器尺寸的縮小。

⑵就集成的傳感器而言，微傳感器是指將微小的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上而形成的集成的傳感器。

⑶就傳感器系統(tǒng)而言，微傳感器是指傳感系統(tǒng)中不但包括微傳感器，還包括微執(zhí)行器，可以獨(dú)立工作，甚至由多個微傳感器組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，或者可實(shí)現(xiàn)異地聯(lián)網(wǎng)。[1] 

特點(diǎn)

（1）體積小、重量輕

⑵功耗低

⑶性能好

⑷易于批量生產(chǎn)、成本低

⑸便于集成化和多功能化

⑹提高傳感器化智能化水平

分類

按照被測量的物理性質(zhì)，將微型傳感器分為化學(xué)微傳感器、生物微傳感器、物理微傳感器等，簡要介紹一下每種類型中典型的微傳感器：

（1）離子傳感器——化學(xué)型

離子傳感器是將溶液中的離子活度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。基本原理是利用固定在敏感膜上的離子識別材料有選擇性的結(jié)合被傳感的離子，從而發(fā)生膜電位或膜電壓的改變，達(dá)到檢測目的。離子敏傳感器廣泛用在化學(xué)、醫(yī)藥、食品以及生物工程等行業(yè)中。

（2）基因傳感器——生物型

基因傳感器通過固定在感受器表面上的已知核苷酸序列的單鏈脫氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid,DNA）分子（也稱為ssDNA探針），和另一條互補(bǔ)的ssDNA分子（也稱為目稱DNA或靶DNA）雜交，形成雙鏈DNA（dsDNA），換能器將雜交過程或結(jié)果所產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換成電、光、聲等物理信號，通過解析這些響應(yīng)信號，給出相關(guān)基因的信息。基因傳感器也稱DNA傳感器。

（3）聲表面波傳感器——物理型

聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）傳感器是利用聲表面波技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，將各種非電量信息，如壓力、溫度、流量、磁場強(qiáng)度、加速度、角速度等的變化轉(zhuǎn)換為聲表面波振器振蕩頻率的變化的裝置。

應(yīng)用

微型傳感器是目前為成功并具實(shí)用性的微型機(jī)電器件，主要包括利用微型膜片的機(jī)械形變產(chǎn)生電信號輸出的微型壓力傳感器和微型加速度傳感器；此外，還有微型溫度傳感器、磁場傳感器、氣體傳感器等，這些微型傳感器的面積大多在1 mm2以下。

隨著微電子加工技術(shù)，特別是納米加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳感器技術(shù)還將從微型傳感器進(jìn)化到納米傳感器。這些微型傳感器體積小，可實(shí)現(xiàn)許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列，這些特點(diǎn)使得它們非常適合于汽車方面的應(yīng)用。

汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統(tǒng)的各種傳感器的統(tǒng)稱。它涉及到很多的物理量傳感器和化學(xué)量傳感器。這些傳感器要么是使司機(jī)了解汽車各部分狀態(tài)的；要么是用于控制汽車各部分狀態(tài)的。

汽車用溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機(jī)溫度、吸人氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場合也略有區(qū)別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應(yīng)特性較好，但線性差、適應(yīng)溫度較低。

其中，通用型的測溫范圍為-50℃～30℃，精度為1.5%，響應(yīng)時間為10 ms；高溫型為600℃～1000℃，精度為5%，響應(yīng)時間為10ms；線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。其他已實(shí)用化的產(chǎn)品有鐵氧體式溫度傳感器（測溫范圍為-40℃～120℃，精度為2.0%）、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器（測溫范圍為-40℃～150℃，精度為2.0%，5%，響應(yīng)時間約20 ms）等。 

微型傳感器應(yīng)用于提高員工工作效率，傳感器通常內(nèi)置于徽章，或者放在辦公家具上，它們會記錄員工從辦公桌起立、咨詢其它團(tuán)隊(duì)和舉行會議的頻率。讓數(shù)據(jù)帶來了難以從其它途徑獲得的有關(guān)員工工作情況的見解。為了推動協(xié)作和提高員工工作效率，它們正利用相關(guān)信息作出大大小小的改變，從確定休息時間，到編排工作小組。傳感器還能夠揭示員工對辦公空間的使用方式。