本書圍繞微納傳感與測試技術的知識架構，闡述微納傳感器的基本原理、優(yōu)勢特點與應用。本書主要介紹單晶硅壓阻原理、加速度傳感器、壓力傳感器、諧振傳感器、機床刀具測力和振動傳感器、薄膜測力傳感器、爆轟爆速傳感器、MEMS電熱執(zhí)行器、氣體傳感器等典型微納傳感器的設計與制造方法。本書可供高等院校傳感器技術、微機電系統(tǒng)、測控技術與儀器、自動化工程、機電一體化及儀器儀表等專業(yè)的師生作為教材使用，也可供從事傳感器、MEMS、儀器儀表等相關專業(yè)的技術人員學習參考。
1、本書既包含傳感器的基礎理論知識，又涵蓋新型微納傳感器技術，具有豐富的傳感器設計案例，能夠深入淺出地講解新型微納傳感器設計與制造，培養(yǎng)讀者獨立設計、創(chuàng)新分析和動手能力。2、同目前國內外的類似著作相比，本書具有內容新穎、案例眾多的特點，能夠為本領域人員開展創(chuàng)新研究提供新的研究思路和技術方法，對推動微納傳感器技術的進步和產(chǎn)業(yè)化具有重要學術和應用價值。
微納傳感與測試技術是國家重點支持的研究與產(chǎn)業(yè)方向，是中國制造、機器人、武器裝備等領域重要的技術支撐。得益于MEMS技術低成本、微型化、高精度的特點，微納傳感器具有龐大的市場占有率，必將長期成為研究的重點和熱點。為進一步滿足微納傳感與測試技術在研究和教學領域的應用需求，本書從傳感器基本概念和特性入手，闡述微納傳感器的基本原理、優(yōu)勢特點與應用，主要介紹單晶硅壓阻原理、加速度傳感器、壓力傳感器、諧振傳感器、機床刀具測力和振動傳感器、薄膜測力傳感器、爆轟爆速傳感器、MEMS執(zhí)行器等典型微納傳感器的設計與制造方法，分析了最新的傳感器應用案例和實驗。本書凝聚了著者所在團隊二十多年的研究經(jīng)驗，涵蓋了微納傳感器領域最新的研究成果和技術，是作者研究團隊在國家863、973、國防基礎研究、國家自然基金等重大項目中的主要研究成果，具有眾多的實例，同國內外的類似著作對比，具有內容新穎、體系全面、案例眾多的特點。本書與市場需求、國家發(fā)展戰(zhàn)略緊密相關，具有強大的國家重大項目研究背景和西安交通大學MEMS傳感器研究特色。本書遵循理論聯(lián)系實際的原則，總結了國內外傳感器研制和使用的經(jīng)驗。其取材新穎、實用性強，可作為檢測技術與儀器、自動化儀表、自動控制、石油化工、機械工程和能源動力等專業(yè)的高年級本科生、研究生的教材或參考書，也可供從事傳感器、MEMS、儀器儀表等相關專業(yè)的技術人員學習參考。本書在完成過程中得到了團隊成員田邊教授、任煒研究員、李村副教授、張琪高工、趙友副研究員、胡騰江副研究員、張國棟助理研究員、李波助理教授的幫助和支持。承蒙中國工程院院士、華中科技大學校長尤政教授在百忙之中為本書作序，使本書增輝。在此表示最崇高的敬意和最深切的謝意。由于時間倉促，不妥之處在所難免，望讀者不吝賜教。著者2022年10月于西安交通大學
第1章傳感器的基本概念 11.1傳感器的定義 11.2傳感器的組成 11.3傳感器的分類 21.4傳感器的地位與作用 21.5傳感器的發(fā)展動向 3第2章傳感器的特性 52.1傳感器的靜態(tài)特性 52.1.1測量范圍、量程和滿量程輸出 52.1.2分辨力、閾值和靈敏度 62.1.3遲滯 72.1.4重復性 82.1.5線性度 92.1.6零漂與溫漂 132.1.7總精度 142.2傳感器的動態(tài)特性 182.2.1傳感器動態(tài)響應的基本特點 182.2.2傳遞函數(shù)與頻響特性 202.2.3一階系統(tǒng)的動態(tài)響應 232.2.4二階系統(tǒng)的動態(tài)響應 262.2.5高階系統(tǒng)的動態(tài)響應 312.2.6傳感器動態(tài)響應的指標 312.2.7實驗確定傳遞函數(shù)的方法 33第3章MEMS壓阻式傳感器 383.1概述 383.2壓阻效應 403.2.1壓阻效應的定義與特點 403.2.2晶面與晶向 413.2.3壓阻系數(shù) 423.3壓阻式壓力傳感器 483.3.1平膜結構的力敏電阻電橋設計 483.3.2梁-島膜結構的力敏電阻電橋設計 563.4MEMS壓阻式微加速度計 623.4.1硅微加速度計概述 623.4.2MEMS壓阻式加速度計測量原理 623.4.3復合多梁MEMS壓阻式加速度計 643.4.4孔縫結構MEMS壓阻式加速度計 673.4.5高g值MEMS加速度計 69參考文獻 72第4章高溫壓力傳感器 744.1耐高溫壓力傳感器的應用需求和主要技術方法 744.1.1耐高溫壓力傳感器的應用需求 744.1.2耐高溫壓力傳感器主要技術方法 754.2SOI高溫壓力傳感器 784.2.1SOI壓阻傳感器的耐高溫工作原理 784.2.2合理摻雜濃度的設計 794.2.3SOI耐高溫敏感元件的制作工藝 814.3耐高溫壓力傳感器的典型封裝形式 844.3.1絕壓與表壓的芯片級封裝 844.3.2齊平膜高頻響結構倒杯式和C型杯式 854.3.3高可靠性充油封裝 854.3.4微型化無引線封裝 864.4SiC耐高溫壓力傳感器敏感元件研制 874.4.1SiC材料特性 874.4.24H-SiC高溫壓力傳感器芯片設計 894.4.34H-SiC高溫壓力傳感器芯片制備 91參考文獻 94第5章MEMS振梁式諧振傳感器 965.1諧振式傳感器概述 965.1.1概述 965.1.2諧振現(xiàn)象與傳感器 975.1.3特征和優(yōu)勢 985.2諧振式傳感器的敏感機理及信號檢測方式 995.2.1諧振敏感元件 995.2.2敏感機理 1005.2.3信號檢測方式 1055.3典型的振梁式諧振加速度傳感器結構及其工作原理 1065.3.1硅振梁式諧振加速度傳感器 1065.3.2石英振梁式諧振加速度傳感器 1105.4典型的振梁式諧振壓力傳感器結構及其工作原理 1175.4.1硅振梁式諧振壓力傳感器 1175.4.2石英振梁式諧振壓力傳感器 121參考文獻 122第6章MEMS陀螺技術 1246.1微機械陀螺的原理、分類與性能 1256.1.1科里奧利效應 1256.1.2微機械陀螺的分類 1266.1.3微機械陀螺的性能指標 1276.2振梁式硅MEMS陀螺分析 1296.2.1音叉式硅微機械陀螺 1296.2.2振動輪式硅微機械陀螺 1306.3石英音叉微機械陀螺 1316.3.1石英音叉陀螺的工作原理 1316.3.2驅動與檢測原理 1336.3.3驅動穩(wěn)幅穩(wěn)頻振動控制技術 1346.3.4角速度（電荷）檢測技術 1396.3.5幾種典型的石英音叉陀螺 139參考文獻 141第7章智能加工切削力傳感器 1437.1切削力概述 1437.1.1切削力的來源 1437.1.2切削力測量的重要性 1447.2切削力傳感器的研究與發(fā)展 1447.2.1切削力傳感器研究早期探索階段 1447.2.2切削力傳感器快速發(fā)展階段 1457.2.3切削力傳感器商業(yè)化階段 1477.2.4智能刀具切削力傳感器 1487.3集成化三維車削力傳感器設計制造與測試 1507.3.1傳感器設計原理與方法 1507.3.2傳感器制造與封裝技術 1577.3.3傳感器性能測試與分析 160參考文獻 164第8章基于非晶碳薄膜壓阻效應的新型壓力傳感器 1668.1非晶碳膜壓阻材料基礎 1668.1.1非晶碳膜材料表征 1668.1.2非晶碳膜制備工藝研究 1688.1.3非晶碳膜性能研究 1708.2非晶碳膜的MEMS壓阻式微壓力傳感器設計及加工 1738.2.1非晶碳膜微壓力傳感器設計 1738.2.2傳感器芯片的封裝方案設計 1758.3基于非晶碳膜的MEMS壓阻式微壓力傳感器性能測試 1768.3.1靜態(tài)性能測試 1768.3.2時間/溫度漂移測試 177參考文獻 177第9章MEMS微爆轟測試傳感器 1799.1爆壓測試方法 1799.1.1動量守恒法 1809.1.2阻抗匹配法 1819.2MEMS微爆轟壓力傳感器 1889.2.1爆壓測試方法分析 1889.2.2MEMS微爆轟壓力傳感器設計 1899.2.3傳感器動態(tài)標定 1909.2.4微爆轟實驗測試 1919.3爆速測試方法 1939.3.1離散法 1939.3.2連續(xù)法 1959.4MEMS微爆轟速度傳感器 1969.4.1爆速測試方法分析 1979.4.2MEMS微爆轟速度傳感器設計 1979.4.3MEMS微爆轟速度傳感器實驗測試 1989.4.4爆速測試數(shù)據(jù)處理 199參考文獻 200第10章大輸出位移電熱微執(zhí)行器 20210.1微執(zhí)行器概述 20210.1.1微執(zhí)行器基本概念 20210.1.2微執(zhí)行器國內外研究現(xiàn)狀 20310.2大輸出位移電熱微執(zhí)行器驅動機理與結構設計 20710.2.1電熱微執(zhí)行器類型 20710.2.2電熱微執(zhí)行器驅動原理 20810.2.3位移放大機構設計 21810.3大輸出位移電熱微執(zhí)行器的應用 22110.3.1基于三角放大機構的電熱執(zhí)行器 22110.3.2基于柔性杠桿放大機構的電熱執(zhí)行器 22210.3.3基于微彈簧放大機構的電熱執(zhí)行器 224參考文獻 226第11章超高溫傳感技術 22811.1引言 22811.2薄膜熱電偶測溫技術 22811.2.1金屬型薄膜熱電偶測溫技術 22811.2.2氧化物型薄膜熱電偶測溫技術 23511.2.3大曲率渦輪葉片薄膜溫度傳感研究 238參考文獻 243
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