8.3微型传感器（课件）-《传感器及检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目八 新型传感器及应用 项目八 新型传感器及应用 目 录 1 任务一 智能传感器 2 任务二 生物传感器 3 任务三 微型传感器 项目八 新型传感器及应用 学习目标 了解智能传感器的概念、功能和特点。 了解智能传感器的组成和实现途径。 了解智能压力传感器和智能温度传感器。 了解生物传感器的基本知识。 了解常用生物传感器的应用。 了解微机电系统。 了解微型传感器及应用。 任务三 微型传感器 传感器微型化是传感器技术主要发展方向之一。微型传感器的诞生依赖于微机电系统（Micro ElectroMechanical System，MEMS）技术的发展。MEMS技术是当今蓬勃发展的前沿技术，它将传感器带入了微型化、集成化和智能化的时代。它的出现打破了传感器的传统概念和它与系统的界限，还在很大程度上改变了传感器的原理。 任务三 微型传感器 一、微机电系统 微机电系统通常简称MEMS，原联邦德国教研部1994年给出的定义为： 若将传感器、信号处理器和执行器以微型化的结构形式集成为一个完整的系统，而该系统具有“敏感”、“决定”和“反应”的能力，则称这样一个系统为微系统或微机电系统。它是多学科的交叉技术，涉及精密机械、材料、制造、微电子、控制、物理、化学、力学和生物等多学科技术。 （一）微机电系统简介 任务三 微型传感器 一、微机电系统 微机电系统组成框图如图8-10所示。它通常由微型传感器、信号处理单元、微执行器和电源等部分组成。系统首先通过微型传感器感测自然界各种信息并将其转换为电信号，再由信号处理单元（包括A/D、CPU、D/A等电路）对输入信号处理后，送人微执行器对外部被控量发生作用。 （一）微机电系统简介 任务三 微型传感器 一、微机电系统 （一）微机电系统简介 任务三 微型传感器 一、微机电系统 对于一个微机电系统通常具有以下典型的特点： （1） 零件微型化。 （2） 受制造工艺和方法的限制，结构零件一般为两维的、扁平零件。 （3） 系统所用材料基本上为半导体材料，但也越来越多地使用塑料材料。 （4） 系统各部分被集成为相应独立的子系统，如传感器、处理单元、执行器等。 （二）微机电系统的特点 任务三 微型传感器 一、微机电系统 （三）微机电系统的加工技术 超精密加工及特种加工 微机电系统中采用的超精密加工技术多由加工工具本身的形状或运动轨迹决定微型器件的形状。这类方法可用于加工三维的微型器件和形状复杂、精度高的微构件。 表面微加工 以硅片作基片，通过淀积与光刻形成多层薄膜图形，把下面的牺牲层经刻蚀去除，保留上面的结构图形的加工方法。在基片上有淀积的薄膜被有选择地保留或去除以形成所需的图形。 体微加工 体微加工是按照设计图在硅片上有选择性地去除一部分硅材料，形成微机械结构。它的关键技术是蚀刻，通过腐蚀对材料的某些部分有选择地去除，使被加工对象显露出一定的几何结构。 LIGA技术 LIGA是德文“光刻”、“电铸”、“塑铸”三词的缩写，LIGA技术先利用同步辐射X射线光刻技术光刻出所需要的图形，然后利用电铸成型方法制作出与光刻图形相反的金属模具，再利用微塑铸形成深层微结构。 任务三 微型传感器 二、微型传感器 （1） 单一微型传感器： 采用精密机械加工、微电子技术和MEMS技术，使传感器尺寸大大减小，一般敏感元件的尺寸为毫米级到微米级、有的甚至达到纳米级。 （2） 集成化微型传感器： 将微型敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，形成集成的传感器。 （3） 微传感器系统： 包括微传感器、微执行器等，可独立工作。 （一）微型传感器的含义 任务三 微型传感器 二、微型传感器 随着微型传感器尺寸的显著变小，其结构、材料、特性乃至所依据的物理作用原理均可能发生变化。与常规传感器比较，微型传感器有以下特点： （1） 空间占有率小。对被测对象的影响小，能在不扰乱周围环境，接近自然的状态下获取信息。 （2） 灵敏度高，响应速度快。由于惯性和热容量很小，仅用极小能量即可使温度变化或者产生动作，能实时跟踪局部的运动状态。 （二）微型传感器的特点 任务三 微型传感器 二、微型传感器 （3） 便于集成化和多功能化。能将多种传感器集成在一起把握微小部位的综合状态；也可将信号处理单元和驱动部分与传感元件集成一体，实现智能化和多功能化。 （4） 可靠性高。应用半导体微加工技术能避免因组装引起的特性偏差；将微型传感器与集成电路集成在一起可解决寄生电容和导线过多的问题，还能实现自诊断和自校准功能。 （5） 消耗小，可节能。 （6） 价格低廉。 （二）微型传感器的特点 任务三 微型传感器 三、常用微型传感器及应用 1. 压阻式微压力传感器 压阻式微