傳感器及檢測(cè)技術(shù) 教學(xué)PPT課件

傳感器及檢測(cè)技術(shù) 教學(xué)PPT課件,傳感器及檢測(cè)技術(shù),教學(xué)PPT課件,傳感器,檢測(cè),技術(shù),教學(xué),PPT,課件 PPT模板下載： 新型傳感器及應(yīng)用目錄1 1任務(wù)一 智能傳感器2 2任務(wù)二 生物傳感器3 3任務(wù)三 微型傳感器 項(xiàng)目八 新型傳感器及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)了解智能傳感器的概念、功能和特點(diǎn)。了解智能傳感器的組成和實(shí)現(xiàn)途徑。了解智能壓力傳感器和智能溫度傳感器。了解生物傳感器的基本知識(shí)。了解常用生物傳感器的應(yīng)用。了解微機(jī)電系統(tǒng)。了解微型傳感器及應(yīng)用。任務(wù)一 智能傳感器 人類感知外部信息是通過人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等感覺器官與人類積累的知識(shí)相結(jié)合的結(jié)果。因此人類的智能是實(shí)現(xiàn)了多重傳感信息的融合并且把它與人類的知識(shí)結(jié)合而作出的歸納和綜合，它包括了“感知”和“認(rèn)知”兩個(gè)方面。任務(wù)一 智能傳感器一、智能傳感器的概念 智能傳感器的最高目標(biāo)應(yīng)該是接近或達(dá)到人類的智能水平，能夠像人一樣通過在實(shí)踐中不斷地改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)最佳測(cè)量方案，得到最理想的測(cè)量結(jié)果。而目前傳感器的智能化程度還僅僅是初級(jí)階段，與人類的智能相比還有很大的差距，只能說是數(shù)據(jù)處理層次上的低級(jí)智能。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（一）智能傳感器的功能 智能傳感器比傳統(tǒng)傳感器在功能上有了極大的拓展，幾乎包含了測(cè)量設(shè)備的全部功能，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1.自校準(zhǔn)功能操作者輸入零值或某一標(biāo)準(zhǔn)值后，自校準(zhǔn)程序可以自動(dòng)進(jìn)行零位和增益等參數(shù)的在線校準(zhǔn)。2.自診斷功能工作中，可借助內(nèi)部檢測(cè)電路對(duì)異?，F(xiàn)象或故障進(jìn)行診斷。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（一）智能傳感器的功能3.檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理功能 對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和修正，進(jìn)行非線性、溫度、噪聲、漂移等誤差補(bǔ)償。4.軟件組態(tài)功能 智能傳感器內(nèi)部具有多種硬件和軟件模塊。用戶可針對(duì)不同應(yīng)用目的，通過操作指令，改變其內(nèi)部硬件模塊和軟件模塊的組合，來完成不同的功能，實(shí)現(xiàn)多傳感、多參數(shù)的復(fù)合測(cè)量。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（一）智能傳感器的功能5.信息存儲(chǔ)和記憶功能能存儲(chǔ)各種歷史信息、參數(shù)和校正數(shù)據(jù)等。6.雙向通信和數(shù)字輸出能方便地與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)信息的交換。任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（二）智能傳感器的特點(diǎn)智能傳感器通過自較零可去除零點(diǎn)；通過與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實(shí)時(shí)比對(duì)而自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定；自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的非線性等系統(tǒng)誤差進(jìn)行校正；通過對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理消除偶然誤差的影響等，從而保證高精度。由于智能傳感器能自動(dòng)補(bǔ)償因工作條件和環(huán)境參數(shù)變化引起的系統(tǒng)特性的漂移；能隨被測(cè)參數(shù)的變化自動(dòng)改變量程；能實(shí)時(shí)自動(dòng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自檢、分析、判斷其合理性，并對(duì)異常情況作應(yīng)急處理等，從而保證高可靠性與高穩(wěn)定性。高精度由于智能傳感器具有檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理功能，能進(jìn)行數(shù)字濾波、分析計(jì)算，可去除噪聲；通過數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，使得在多參數(shù)狀態(tài)下對(duì)特定參數(shù)的測(cè)量分辨率得到提高，從而保證高信噪比與高分辨率。高可靠性與高穩(wěn)定性高信噪比與高分辨率任務(wù)一 智能傳感器二、智能傳感器的功能與特點(diǎn)（二）智能傳感器的特點(diǎn)由于智能傳感器具有判斷、分析和處理的功能，因此它能根據(jù)工作情況決策各部分的供電情況、優(yōu)化與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送速率，保證系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)。智能傳感器具有上述高性能，而制造是采用低價(jià)的集成電路工藝和軟件來實(shí)現(xiàn)，因此具有高性價(jià)比。自適應(yīng)性強(qiáng) 高性價(jià)比任務(wù)一 智能傳感器三、智能傳感器的組成（一）智能傳感器的功能 智能傳感器的組成框圖如圖8-1所示。它是一個(gè)最小的微機(jī)系統(tǒng)，通常裝在一個(gè)殼體內(nèi)，由傳感器（傳感元件）、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元和通信接口等組成。傳感元件包括彈性敏感元件和變換器，信號(hào)調(diào)理電路包括多路開關(guān)、儀用放大器、基準(zhǔn)電壓、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，微處理器單元包括微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。任務(wù)一 智能傳感器三、智能傳感器的組成（一）智能傳感器的功能任務(wù)一 智能傳感器四、智能傳感器的實(shí)現(xiàn)1.模塊化實(shí)現(xiàn) 模塊化智能傳感器為初級(jí)的智能傳感器，它是將傳統(tǒng)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器等模塊裝配在同一殼體內(nèi)而構(gòu)成的智能傳感器，如圖8-2所示。這種傳感器由于集成度不高而導(dǎo)致體積較大，但在目前的技術(shù)水平下，仍不失為一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)形式。任務(wù)一 智能傳感器四、智能傳感器的實(shí)現(xiàn)2.集成化實(shí)現(xiàn) 集成智能傳感器又稱現(xiàn)代智能集成傳感器，它的制作工藝與傳統(tǒng)傳感器完全不同。它是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用半導(dǎo)體硅材料制作敏感元件，將信號(hào)調(diào)理電路和微處理器等器件集成在一塊芯片上構(gòu)成的。其外形如圖8-3所示。它具有集成度高、體積小等特點(diǎn)，是智能傳感器的發(fā)展方向。任務(wù)一 智能傳感器四、智能傳感器的實(shí)現(xiàn)3.混合實(shí)現(xiàn) 這種傳感器是根據(jù)技術(shù)工藝的可能與實(shí)際的需要，將智能傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)，如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口等，以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個(gè)外殼里構(gòu)成的。這種結(jié)構(gòu)是目前智能傳感器采用較多的結(jié)構(gòu)形式。任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（一）智能壓力傳感器 傳統(tǒng)壓力檢測(cè)傳感器前面章節(jié)已有介紹，本節(jié)介紹的智能壓力傳感器能同時(shí)檢測(cè)出差壓、靜壓和溫度信號(hào)，并經(jīng)自動(dòng)處理后輸出實(shí)際壓力信號(hào)。美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司生產(chǎn)的ST3000系列智能壓力傳感器的原理框圖如圖8-4所示。任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（一）智能壓力傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器1.DS18B20的特性供電電壓擴(kuò)大為3055V。3引腳PR35封裝或8引腳小外形集成電路封裝。應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可測(cè)溫。測(cè)溫范圍在-55125之間，測(cè)溫不確定度可達(dá)05。數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可從912 bit選擇。用戶可自設(shè)定非易失性的溫度報(bào)警上下限值。具有電源反接的保護(hù)電路。任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用2.DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-5所示，主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 bit激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)發(fā)生器等。（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用3.DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)溫原理框圖如圖8-6所示。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用4.DS18B20的應(yīng)用 DS18B20可直接連接在單片機(jī)I/O接口上，如圖8-7所示，將測(cè)量溫度送入單片機(jī)。根據(jù)連接在單片機(jī)I/O接口上長(zhǎng)短、阻抗、分布電容等參數(shù)的不同，一個(gè)I/O接口可掛接3050片DS18B20，使用一個(gè)具有16位I/O接口的單片機(jī)就可以組建一個(gè)包含幾百個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的小型測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)。（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)一 智能傳感器五、智能傳感器的應(yīng)用（二）DS18B20智能溫度傳感器任務(wù)二 生物傳感器 用于檢測(cè)生物體內(nèi)化學(xué)成分的生物傳感器的研究始于20世紀(jì)60年代，最早出現(xiàn)的是酶?jìng)鞲衅鳌?0世紀(jì)80年代后，伴隨著生物技術(shù)與微電子學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等技術(shù)的進(jìn)步和各技術(shù)的交叉結(jié)合，使生物傳感器的研究和開發(fā)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前，人們正利用生物體的特異功能，研制類似于生物感覺器官功能的各種生物傳感器，它是傳感檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展。任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述 生物傳感器是利用各種生物體成分，如酶、抗體、抗原、激素等或生物體本身，如細(xì)胞、細(xì)胞體等，把它們作為傳感器的敏感材料固定在高分子人工膜等固定載體上，用于檢測(cè)和設(shè)別被測(cè)生物體內(nèi)的化學(xué)成分，并通過一種合適的換能器將其產(chǎn)生的物理量、化學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。（一）生物傳感器的定義任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述（1）分析速度快。主要在無試劑條件下操作，可以在較短的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果。（2）準(zhǔn)確度高和靈敏度高，一般相對(duì)誤差不超過1%。由于生物敏感膜的高度特異性和靈敏度，因此能檢測(cè)一些含量極低的檢測(cè)對(duì)象。（3）操作較簡(jiǎn)單，能連續(xù)在線檢測(cè)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。（4）專一性強(qiáng)，只對(duì)特定的底物起反應(yīng)，且不受顏色、濁度的影響。（5）經(jīng)固化處理后，能長(zhǎng)期保持其生理活性，傳感器可反復(fù)使用。（6）檢測(cè)信息以電信號(hào)方式直接輸出，容易實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化。（7）使用壽命較短。（二）生物傳感器的特點(diǎn)任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述 生物傳感器的分類方法較多且不統(tǒng)一，通常是根據(jù)生物敏感膜和物理化學(xué)變換器的不同進(jìn)行分類的。表8-1所示為根據(jù)生物敏感膜的分類法。（三）生物傳感器的分類任務(wù)二 生物傳感器一、生物傳感器概述 生物傳感器在醫(yī)療檢驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工業(yè)、生物工程、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。臨床上用免疫傳感器等生物傳感器來檢測(cè)體液中的各種化學(xué)成分，為醫(yī)生的診斷提供依據(jù)；環(huán)境監(jiān)測(cè)中用生物傳感器監(jiān)測(cè)大氣和水中各種污染物質(zhì)的含量；食品工業(yè)中用生物傳感器檢測(cè)食品中的營(yíng)養(yǎng)成分和有害成分的含量、食品的新鮮程度等。（四）生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器二、生物傳感器的基本原理 生物傳感器由生物敏感膜和物理化學(xué)變換器兩部分組成。生物敏感物質(zhì)附著于膜上或包含于膜之中（稱為固定化），當(dāng)被測(cè)物經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入生物敏感膜層，發(fā)生物理、化學(xué)變化，經(jīng)分子識(shí)別，由相應(yīng)的物理化學(xué)變換器轉(zhuǎn)換成定量的、可傳輸和處理的電信號(hào)。任務(wù)二 生物傳感器二、生物傳感器的基本原理 生物敏感膜是利用生物體內(nèi)具有奇特與敏感功能的生物物質(zhì)固定在基質(zhì)或載體上構(gòu)成的。它具有專一性與選擇親和性，可進(jìn)行分子識(shí)別，因此也稱為分子識(shí)別元件。生物敏感膜是生物傳感器的關(guān)鍵元件，它決定著傳感器的功能和質(zhì)量。任務(wù)二 生物傳感器三、酶?jìng)鞲衅骷皯?yīng)用 酶是由生物體內(nèi)產(chǎn)生并具有催化作用的活性蛋白質(zhì)，它具有特異的催化功能，因此，酶被稱為生物催化劑。酶在生命活動(dòng)中起著極為重要的作用，它參加新陳代謝過程中的所有生化反應(yīng)，并以極高的速度維持生命的代謝活動(dòng)，包括生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖與運(yùn)動(dòng)等，可以說沒有酶就沒有生命。（一）酶?jìng)鞲衅鞲攀鋈蝿?wù)二 生物傳感器三、酶?jìng)鞲衅骷皯?yīng)用1.葡萄糖酶?jìng)鞲衅?葡萄糖酶?jìng)鞲衅魇堑谝粋€(gè)酶?jìng)鞲衅?，它由葡萄糖氧化酶膜和電化學(xué)電極兩部分組成。葡萄糖氧化酶是敏感膜，它固定在聚乙烯酰胺凝膠上，其電化學(xué)器件為陽極Pt和陰極Pb，中間為強(qiáng)堿溶液，并在陽極表面覆蓋一層透氧氣的聚四氟乙烯膜，形成封閉氧電極，它避免了電極與被測(cè)液的直接接觸，防止電極的毒化。（二）酶?jìng)鞲衅鞯膽?yīng)用任務(wù)二 生物傳感器三、酶?jìng)鞲衅骷皯?yīng)用2.尿素傳感器 在醫(yī)學(xué)臨床檢查中，分析患者的血清和體液中的尿素對(duì)于腎功能的診斷是很重要的。對(duì)于慢性腎功能衰竭的患者進(jìn)行人工透析，在確定的透析時(shí)間后，尿素的定量分析是必不可少的。（二）酶?jìng)鞲衅鞯膽?yīng)用任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用 近年來，隨著微生物固化技術(shù)的進(jìn)步，固定化微生物越來越多地被用作生物傳感器的分子設(shè)別元件，產(chǎn)生了微生物傳感器。微生物包括細(xì)菌、酵母、霉菌等，它本身就是具有生命活性的細(xì)胞，具有呼吸功能（氧氣消耗）、新陳代謝功能（物質(zhì)的合成和分解）、菌體內(nèi)復(fù)合酶功能、能量再生功能、輔助酶再生功能等。（一）微生物傳感器概述任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用1.葡萄糖微生物傳感器 酶電極可測(cè)定葡萄糖，但它不能用于發(fā)酵過程中葡萄糖的測(cè)定。在發(fā)酵過程中測(cè)定葡萄糖含量常用微生物電極。（二）微生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用2.醋酸傳感器 醋酸作為碳源廣泛用于發(fā)酵過程，但濃度太大，反而抑制微生物繁殖。因此在發(fā)酵過程中，控制培養(yǎng)液中的醋酸濃度非常重要。利用微生物檢測(cè)醋酸濃度系統(tǒng)如圖8-8所示，它由毛發(fā)芽胞固化膜、氣體滲透膜和氧電極組成。當(dāng)向該系統(tǒng)輸送醋酸樣品時(shí)，電流值迅速下降，5分鐘后剩下的極小電流值與醋酸濃度之間有極好的線性關(guān)系。（二）微生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器四、微生物傳感器及應(yīng)用（二）微生物傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用 免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng)。從生理學(xué)可知，抗原是能夠刺激動(dòng)植物機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)。抗原一旦被淋巴球響應(yīng)就形成抗體，抗體是由抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生的具有特異免疫功能的球蛋白，又稱免疫球蛋白。（一）免疫傳感器概述任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用免疫傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）由于抗體對(duì)相應(yīng)抗原具有識(shí)別功能而獲得了高度的選擇性。（2）由于抗體與抗原的親和性，可實(shí)現(xiàn)超低濃度的測(cè)量。（3）對(duì)于所有的測(cè)量對(duì)象，抗體制作成為可能，因此免疫傳感器適用范圍極廣。（4）利用單色抗體制作技術(shù)可實(shí)現(xiàn)抗體的批量制作。（一）免疫傳感器概述任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用 梅毒抗體傳感器的結(jié)構(gòu)如圖8-9所示。容器1是基準(zhǔn)容器，底部為不含有抗原的純乙酰纖維素做成的參考膜；容器3為抗原容器，底部為脂質(zhì)抗菌素原固定化膜。將容器1、3放入測(cè)試容器2中，當(dāng)血清注入容器2中，如果血清中存在抗體，則會(huì)吸附于抗原表面形成復(fù)合體。因抗體帶正電荷，所以抗原膜的負(fù)電荷減少，引起膜電位變化，通過測(cè)量抗原膜和參考膜間的電位差，可判斷血清中是否存在梅毒抗體。（二）免疫傳感器的應(yīng)用任務(wù)二 生物傳感器五、免疫傳感器及應(yīng)用（二）免疫傳感器的應(yīng)用任務(wù)三 微型傳感器 傳感器微型化是傳感器技術(shù)主要發(fā)展方向之一。微型傳感器的誕生依賴于微機(jī)電系統(tǒng)（Micro ElectroMechanical System，MEMS）技術(shù)的發(fā)展。MEMS技術(shù)是當(dāng)今蓬勃發(fā)展的前沿技術(shù)，它將傳感器帶入了微型化、集成化和智能化的時(shí)代。它的出現(xiàn)打破了傳感器的傳統(tǒng)概念和它與系統(tǒng)的界限，還在很大程度上改變了傳感器的原理。任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng) 微機(jī)電系統(tǒng)通常簡(jiǎn)稱MEMS，原聯(lián)邦德國(guó)教研部1994年給出的定義為：若將傳感器、信號(hào)處理器和執(zhí)行器以微型化的結(jié)構(gòu)形式集成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，而該系統(tǒng)具有“敏感”、“決定”和“反應(yīng)”的能力，則稱這樣一個(gè)系統(tǒng)為微系統(tǒng)或微機(jī)電系統(tǒng)。它是多學(xué)科的交叉技術(shù)，涉及精密機(jī)械、材料、制造、微電子、控制、物理、化學(xué)、力學(xué)和生物等多學(xué)科技術(shù)。（一）微機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng) 微機(jī)電系統(tǒng)組成框圖如圖8-10所示。它通常由微型傳感器、信號(hào)處理單元、微執(zhí)行器和電源等部分組成。系統(tǒng)首先通過微型傳感器感測(cè)自然界各種信息并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由信號(hào)處理單元（包括A/D、CPU、D/A等電路）對(duì)輸入信號(hào)處理后，送人微執(zhí)行器對(duì)外部被控量發(fā)生作用。（一）微機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng)（一）微機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)通常具有以下典型的特點(diǎn)：（1）零件微型化。（2）受制造工藝和方法的限制，結(jié)構(gòu)零件一般為兩維的、扁平零件。（3）系統(tǒng)所用材料基本上為半導(dǎo)體材料，但也越來越多地使用塑料材料。（4）系統(tǒng)各部分被集成為相應(yīng)獨(dú)立的子系統(tǒng)，如傳感器、處理單元、執(zhí)行器等。（二）微機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)任務(wù)三 微型傳感器一、微機(jī)電系統(tǒng)（三）微機(jī)電系統(tǒng)的加工技術(shù)超精密加工及特種加工微機(jī)電系統(tǒng)中采用的超精密加工技術(shù)多由加工工具本身的形狀或運(yùn)動(dòng)軌跡決定微型器件的形狀。這類方法可用于加工三維的微型器件和形狀復(fù)雜、精度高的微構(gòu)件。表面微加工以硅片作基片，通過淀積與光刻形成多層薄膜圖形，把下面的犧牲層經(jīng)刻蝕去除，保留上面的結(jié)構(gòu)圖形的加工方法。在基片上有淀積的薄膜被有選擇地保留或去除以形成所需的圖形。體微加工體微加工是按照設(shè)計(jì)圖在硅片上有選擇性地去除一部分硅材料，形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)。它的關(guān)鍵技術(shù)是蝕刻，通過腐蝕對(duì)材料的某些部分有選擇地去除，使被加工對(duì)象顯露出一定的幾何結(jié)構(gòu)。LIGA技術(shù)LIGA是德文“光刻”、“電鑄”、“塑鑄”三詞的縮寫，LIGA技術(shù)先利用同步輻射X射線光刻技術(shù)光刻出所需要的圖形，然后利用電鑄成型方法制作出與光刻圖形相反的金屬模具，再利用微塑鑄形成深層微結(jié)構(gòu)。任務(wù)三 微型傳感器二、微型傳感器（1）單一微型傳感器：采用精密機(jī)械加工、微電子技術(shù)和MEMS技術(shù)，使傳感器尺寸大大減小，一般敏感元件的尺寸為毫米級(jí)到微米級(jí)、有的甚至達(dá)到納米級(jí)。（2）集成化微型傳感器：將微型敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，形成集成的傳感器。（3）微傳感器系統(tǒng)：包括微傳感器、微執(zhí)行器等，可獨(dú)立工作。（一）微型傳感器的含義任務(wù)三 微型傳感器二、微型傳感器隨著微型傳感器尺寸的顯著變小，其結(jié)構(gòu)、材料、特性乃至所依據(jù)的物理作用原理均可能發(fā)生變化。與常規(guī)傳感器比較，微型傳感器有以下特點(diǎn)：（1）空間占有率小。對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響小，能在不擾亂周圍環(huán)境，接近自然的狀態(tài)下獲取信息。（2）靈敏度高，響應(yīng)速度快。由于慣性和熱容量很小，僅用極小能量即可使溫度變化或者產(chǎn)生動(dòng)作，能實(shí)時(shí)跟蹤局部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（二）微型傳感器的特點(diǎn)任務(wù)三 微型傳感器二、微型傳感器（3）便于集成化和多功能化。能將多種傳感器集成在一起把握微小部位的綜合狀態(tài)；也可將信號(hào)處理單元和驅(qū)動(dòng)部分與傳感元件集成一體，實(shí)現(xiàn)智能化和多功能化。（4）可靠性高。應(yīng)用半導(dǎo)體微加工技術(shù)能避免因組裝引起的特性偏差；將微型傳感器與集成電路集成在一起可解決寄生電容和導(dǎo)線過多的問題，還能實(shí)現(xiàn)自診斷和自校準(zhǔn)功能。（5）消耗小，可節(jié)能。（6）價(jià)格低廉。（二）微型傳感器的特點(diǎn)任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用1.壓阻式微壓力傳感器 壓阻式微壓力傳感器是利用硅的壓阻效應(yīng)、集成電路工藝和微機(jī)械加工技術(shù)，在硅單晶膜片上擴(kuò)散形成力敏電阻而構(gòu)成的，參見項(xiàng)目三。微型傳感器的膜片的受壓變形遠(yuǎn)小于膜片厚度，其靈敏度和測(cè)壓范圍與膜片的幾何尺寸和膜厚有關(guān)。它可測(cè)壓力范圍為110 kPa，改變膜片的大小和厚度可進(jìn)一步測(cè)量較小的壓力。（一）壓阻式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用2.壓阻式微加速度傳感器 壓阻式微加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖8-11所示，它由懸臂梁、質(zhì)量塊和布置在梁上的壓阻組成。當(dāng)有加速度輸入時(shí)，懸臂梁在質(zhì)量塊受到的慣性力牽引下發(fā)生變形，導(dǎo)致與之剛性連接的壓阻膜隨之發(fā)生變形，由于壓阻效應(yīng)使壓阻膜的阻值變化，通過電橋電路將此變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化。（一）壓阻式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用（一）壓阻式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用1.電容式微壓力傳感器 電容式微壓力傳感器的結(jié)構(gòu)為雙層平行板電容器，電容器的下極板位于支撐玻璃上，上極板通過腐蝕技術(shù)做在硅膜上，硅膜片和玻璃用靜電封接技術(shù)合在一起，形成具有一定間隙的硅膜片微型傳感器。如圖8-12所示。（二）電容式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用（二）電容式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用2.電容式微加速度傳感器 電容式微加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖813所示。慣性振動(dòng)質(zhì)量塊的兩個(gè)面作為兩個(gè)電容的動(dòng)極板，質(zhì)量塊由一個(gè)或兩個(gè)懸臂梁支撐。當(dāng)加速度產(chǎn)生的慣性力使質(zhì)量塊位移時(shí)，兩個(gè)電容的動(dòng)極板與定極板間距發(fā)生變化，從而使兩電容值產(chǎn)生差動(dòng)變化。通過測(cè)量?jī)呻娙莸淖兓涂梢詼y(cè)出加速度了。（二）電容式微型傳感器任務(wù)三 微型傳感器三、常用微型傳感器及應(yīng)用（二）電容式微型傳感器