第4章傳感器與微機(jī)電系統(tǒng)

1、21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社目 錄全球定位與地理信息系統(tǒng)全球定位與地理信息系統(tǒng)第6章 第8章 第9章 第11章 第10章第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)概述 射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳感器與微機(jī)電系統(tǒng)傳感器與微機(jī)電系統(tǒng)信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)目 錄物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例第8章 第9章 第11章 第10章第7章 第8章 第9章 第10章 第11章 互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用接口技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用接口技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)安全物聯(lián)網(wǎng)安全 物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)第第4章章 傳感器與微

2、機(jī)電系統(tǒng)傳感器與微機(jī)電系統(tǒng)v 4.1 傳感器技術(shù) 4.1.1 傳感器概述 4.1.2 傳感器的定義和組成 4.1.3 傳感器的作用和分類 4.1.4 傳感器的特性參數(shù) 4.1.5 新型傳感器介紹 v 4.2 微機(jī)電系統(tǒng) 4.2.1微機(jī)電系統(tǒng)的基本概念 4.2.2微機(jī)電系統(tǒng)分類 4.2.3微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展前景 4.2.4微機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù) 4.2.5 微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 4.1 傳感器技術(shù) 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其水平高低是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲

3、透能力強(qiáng)、市場前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。v3.2.1 傳感器概述 1. 概念 人是通過視覺、嗅覺、聽覺及觸覺等感官來感知外界的信息，感知的信息輸入大腦進(jìn)行分析判斷（即人的思維）和處理，再指揮人作出相應(yīng)的動(dòng)作，這是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界具有的最基本的本能。但是通過人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人不能利用觸覺來感知超過幾十甚至上千度的溫度，也不可能辨別溫度的微小變化，這就需要電子設(shè)備的幫助。同樣，利用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化裝置來代替人的勞動(dòng)，那么計(jì)算機(jī)類似于人的大腦，而僅有大腦而沒有感知外界信息的“五官”顯然是不足夠的，中央處理系統(tǒng)也還需要它們的“五官”，即傳感器。4.1 傳感器技術(shù) 2. 2.

4、 傳感技術(shù)的重要性傳感技術(shù)的重要性 傳感技術(shù)是一門集敏感材料科學(xué)、傳感器技術(shù)及系統(tǒng)、微機(jī)電加工技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)等多學(xué)科相互交叉、相互滲透而形成的一門新型的工程技術(shù)，它是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分。 傳感技術(shù)與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有利工具。 3. 3. 傳感器的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢傳感器的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢 傳感技術(shù)是涉及傳感器原理、傳感器件研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用的一門專門用于信息檢測與轉(zhuǎn)換

5、的應(yīng)用技術(shù)。傳感技術(shù)具有知識(shí)密集性、功能智能性、測試精確性、品種龐雜性、內(nèi)容離散性、工藝復(fù)雜性和應(yīng)用廣泛性等特點(diǎn)。4.1 傳感器技術(shù) 3. 3. 傳感器的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢傳感器的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢 目前，傳感技術(shù)正朝著集成化、微型化、數(shù)字化、智能化和仿生化方向發(fā)展。 （1）使用新技術(shù)、新材料的傳感器 傳感器工作的基本原理是建立在人們不斷探索與發(fā)現(xiàn)各種新的物理現(xiàn)象、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)以及具有特殊物理、化學(xué)特性的功能材料的基礎(chǔ)上的。因而，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、反應(yīng)、材料，研制新特性、功能的材料是現(xiàn)代傳感器的重要基礎(chǔ)，其意義也極為深遠(yuǎn)。 （2）集成傳感器 集成傳感器是新型傳感器重要發(fā)展方向之一。微加工技術(shù)可將敏感元

6、件、測量電路、放大器及溫度補(bǔ)償元件等集成在一個(gè)芯片上，這樣不僅具有體積小、重量輕、可靠性高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定等特點(diǎn)，而且便于批量生產(chǎn)，成本較低。 （3）智能傳感器 自補(bǔ)償功能。 自診斷功能。 自校正功能。 數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)、分析、處理與傳輸。 微處理器、微機(jī)和基本傳感器之間具有雙向通信功能，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。4.1 傳感器技術(shù)v 3.2.2 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成 1. 1. 傳感器的定義傳感器的定義 （1）國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 （2）定義：傳感器是一種能把特定的信息（物

7、理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律變換成某種可用信號(hào)輸出的器件和裝置。 （3）通俗理解：能把外界非電量信息量轉(zhuǎn)換成電量輸出的器件。 該定義包含了以下幾個(gè)方面的含義： （1）傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)。 （2）它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等。 （3）輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電，但主要是電量。 （4）輸入輸出有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確度。4.1 傳感器技術(shù) 2. 2. 傳感器的組成傳感器的組成 傳感器一般由兩個(gè)基本元件組成：敏感元件與轉(zhuǎn)換元件。在完成非電量到電量的變換過程中，并非所有的非電量參數(shù)都能一次直接變換為

8、電量，往往是先變換成一種易于變換成電量的非電量（如位移、應(yīng)變等），然后，再通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ儞Q成電量。所以，把能夠完成預(yù)變換的器件稱為敏感元件。傳感器的組成見圖3.4。 （1）敏感元件 敏感元件（預(yù)變換器）能直接感受被測量（一般為非電量）并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他物理量的元件。對(duì)于具體完成非電量到電量的變換時(shí)，并非所有的非電量用現(xiàn)有的手段都能直接轉(zhuǎn)換成電量。例如，壓力傳感器中的膜片就是敏感元件，它首先將壓力轉(zhuǎn)換為位移，然后再將其轉(zhuǎn)換為電量。對(duì)于不能直接變換為電量的傳感器必須進(jìn)行預(yù)變換，即先將待測的非電量變換為易于轉(zhuǎn)換成電量的另一種非電量。4.1 傳感器技術(shù)4.1 傳感器技術(shù) 2. 2. 傳感

9、器的組成傳感器的組成 （2）轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換元件（傳感元件）直接或不直接感受被測量，并將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電量后再輸出。能將感受到的非電量變換為電量的器件稱為轉(zhuǎn)換元件。如：將位移量直接變換為電容量或電阻量或電感量的變換器；變換器是傳感器不可缺少的重要組成部分。 實(shí)際中一些敏感元件直接就可以輸出變換后的電信號(hào)，而一些傳感器又不包括敏感元件在內(nèi)，故常常無法將敏感元件與變換器嚴(yán)格加以區(qū)別。例如，能直接把溫度變換為電壓或電勢的熱電偶變換器（熱電偶兼有敏感元件和變換器的雙重功能）。 （3）轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率量的電路。若轉(zhuǎn)換元件輸出的已經(jīng)是上述電參量，就不用此

10、電路。例如，電阻應(yīng)變片傳感器采用的電橋測量電路。 （4）輔助電源 輔助電源為需要電源才能工作的轉(zhuǎn)換電路和轉(zhuǎn)換元件提供正常工作電源。 4.1 傳感器技術(shù)v 3.2.3 3.2.3 傳感器的作用和分類傳感器的作用和分類 1. 1. 傳感器的作用傳感器的作用 （1）對(duì)被測信號(hào)產(chǎn)生敏感并能把它提取出來。 （2）在信號(hào)提取的同時(shí)能把它轉(zhuǎn)換成所需要的信號(hào)（主要是完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換）。 2. 2. 傳感器的分類傳感器的分類 傳感器的分類方法尚無統(tǒng)一的方法，一般按如下幾種方法進(jìn)行分類。 （1）按被測物理量可分為位移量、力量、運(yùn)動(dòng)量、熱學(xué)量、光學(xué)量、氣體量等傳感器。 （2）按工作原理可分為電阻式、電容式、電

11、感式、壓電式、霍爾式、光電式、光柵式、熱電式等傳感器。 （3）按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為開關(guān)型傳感器(“1”和“0”或“開”和“關(guān)”)、模擬型 傳感器、輸出為脈沖或代碼的數(shù)字式傳感器。 （4）按照能量的傳遞方式可分為有源傳感器與無源 傳感器兩大類。4.1 傳感器技術(shù)v 3.2.4 3.2.4 傳感器的特性參數(shù)傳感器的特性參數(shù) 1. 1. 傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)傳感器的靜態(tài)特性參數(shù) （1）測量范圍和量程：測量范圍是在允許誤差限內(nèi)被測量值的范圍。 （2）靈敏度：傳感器的靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出量的變化量與輸入量變化量的比值，用S表示。 （3）線性度：在穩(wěn)態(tài)條件下，傳感器的實(shí)際輸入、輸出特性曲線與理

12、想直線之間的不吻合程度稱為線性度（或非線性誤差）。 （4）不重復(fù)性：不重復(fù)性是指在相同條件下，傳感器的輸入量按同一方向作全量程多次重復(fù)測量，輸出曲線的不一致程度。 （5）遲滯：遲滯現(xiàn)象是傳感器正向特性曲線（輸入量增大）和反向特性曲線（輸入量減?。┑牟灰恢鲁潭?。 （6）精確度：精確度也稱為精度，它是線性度、不重復(fù)性及遲滯三項(xiàng)指標(biāo)的綜合指數(shù)，反映了系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)。 （7）零點(diǎn)時(shí)間漂移：傳感器在恒定溫度環(huán)境中，當(dāng)輸入信號(hào)不變或?yàn)榱銜r(shí)，輸出信號(hào)隨時(shí)間變化的特性，稱為傳感器零點(diǎn)時(shí)間漂移，簡稱為零漂。 （8）零點(diǎn)溫度漂移：當(dāng)輸入信號(hào)不變或?yàn)榱銜r(shí)，傳感器的輸出信號(hào)隨溫度變化的特性，稱為傳感器零

13、點(diǎn)溫度漂移，簡稱為溫漂。4.1 傳感器技術(shù) 2. 2. 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性 （1）響應(yīng)速度：響應(yīng)速度是反映傳感器動(dòng)態(tài)特性的一項(xiàng)重要參數(shù)，是傳感器在階躍信號(hào)作用下的輸出特性，主要包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間及響應(yīng)時(shí)間等。它反映了傳感器的穩(wěn)定輸出信號(hào)（在規(guī)定誤差范圍內(nèi)）隨輸入信號(hào)變化的快慢。 （2）頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)是指傳感器的輸出特性曲線與輸入信號(hào)的頻率之間的關(guān)系，包括幅頻特性和相頻特性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)的頻率范圍來確定適合的傳感器。4.1 傳感器技術(shù)v 3.2.5 3.2.5 新型傳感器介紹新型傳感器介紹 1. 1. 氣敏傳感器氣敏傳感器 氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分

14、的傳感器，它對(duì)于環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。 （1）氣敏傳感器的特點(diǎn) 氣敏傳感器是暴露在各種成分的氣體中使用的，由于檢測現(xiàn)場溫度、濕度的變化很大，又存在大量粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對(duì)傳感元件的材料會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差。所以，要求氣敏傳感器能夠檢測報(bào)警氣體的允許濃度和其他標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的氣體濃度、能長期穩(wěn)定工作、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快、共存物質(zhì)所產(chǎn)生的影響小等。4.1 傳感器技術(shù) 1. 1. 氣敏傳感器氣敏傳感器 （2）半導(dǎo)體氣敏傳感器 由于被測氣體的種類繁多，性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器來檢測所有氣體，所以氣敏傳感器的種類也有很多。近

15、年來隨著半導(dǎo)體材料和加工技術(shù)的迅速發(fā)展，實(shí)際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器，這類傳感器一般多用于氣體的粗略鑒別和定性分析，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體（主要是金屬氧化物）表面接觸時(shí)產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物性變化來檢測氣體。按照半導(dǎo)體與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生的變化只限于半導(dǎo)體表面或深入到半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型。對(duì)于表面控制型，半導(dǎo)體表面吸附的氣體與半導(dǎo)體間發(fā)生電子授受，結(jié)果使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物性發(fā)生變化，但內(nèi)部化學(xué)組成不變；對(duì)于體控制型，半導(dǎo)體與氣體的反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部組成（晶格缺陷濃度）發(fā)生變化，而使電導(dǎo)率改變。按照半導(dǎo)體變化的物理特性，又可分電阻型

16、和非電阻型兩類。電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時(shí)，其阻值變化來檢測氣體的成分或濃度；非電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用其他參數(shù)，如二極管伏安特性和場效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體。4.1 傳感器技術(shù) 2. 2. 濕敏傳感器濕敏傳感器 （1）濕度 濕度是指大氣中的水蒸氣含量，通常采用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示方法。絕對(duì)濕度是指在一定溫度和壓力條件下，每單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量，單位為g/m3，一般用符號(hào)AH表示；相對(duì)濕度是指氣體的絕對(duì)濕度與同一溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)的絕對(duì)濕度之比，一般用符號(hào)%RH表示。相對(duì)濕度給出大氣的潮濕程度，它是一個(gè)無量綱的量，在實(shí)際使用中多使用相對(duì)濕

17、度這一概念。4.1 傳感器技術(shù) 2. 2. 濕敏傳感器濕敏傳感器 （2）濕敏傳感器的特點(diǎn) 濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號(hào)的器件。濕度檢測較之其他物理量的檢測顯得困難，這首先是因?yàn)榭諝庵兴魵夂恳瓤諝馍俚枚?；另外，液態(tài)水會(huì)使一些高分子材料和電解質(zhì)材料溶解，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質(zhì)結(jié)合成酸或堿，使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化，從而喪失其原有的性質(zhì)；再者，濕信息的傳遞必須靠水對(duì)濕敏器件直接接觸來完成，因此濕敏器件只能直接暴露于待測環(huán)境中，不能密封。通常，對(duì)濕敏器件有下列要求：在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短、壽

18、命長、有互換性、耐污染和受溫度影響小等。微型化、集成化及廉價(jià)是濕敏器件的發(fā)展方向。 濕度的檢測已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技和生活等各個(gè)領(lǐng)域，濕度不僅與工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，而且是環(huán)境條件的重要指標(biāo)。4.1 傳感器技術(shù) 3. MEMS3. MEMS微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng) 微機(jī)電系統(tǒng)MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS），專指外形輪廓尺寸在毫米級(jí)以下，構(gòu)成它的機(jī)械零件和半導(dǎo)體元器件尺寸在微米至納米級(jí)，可對(duì)聲、光、熱、磁、壓力、運(yùn)動(dòng)等自然信息進(jìn)行感知、識(shí)別、控制和處理的微型機(jī)電裝置。 （1）MEMS技術(shù)簡介 MEMS是融合了硅微加工、光刻鑄造成型（LI

19、GA）和精密機(jī)械加工等多種微加工技術(shù)制作的微傳感器(Micro sensors)、微執(zhí)行器(Microactuators)和微系統(tǒng)(Microsystems)。通過將微型的電機(jī)、電路、傳感器、執(zhí)行器等裝置和器件集成在半導(dǎo)體芯片上形成的微型機(jī)電系統(tǒng)，不僅能搜集、處理和發(fā)送信息或指令，還能按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部指令采取行動(dòng)。它是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又區(qū)別于微電子技術(shù)(IC)。在IC中，有一個(gè)基本單元，即晶體管。利用這個(gè)基本單元的組合并通過合適的連接，就可以形成功能齊全的IC產(chǎn)品；在MEMS中，不存在通用的MEMS單元，而且MEMS器件不僅工作在電能范疇，還工作在機(jī)械能范疇或其

20、他能量范疇如磁、熱等。4.1 傳感器技術(shù) 3. MEMS3. MEMS微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng) （2）MEMS的特點(diǎn) 微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短。 集成化：可以把不同功能、不同敏感方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，形成微傳感器或微執(zhí)行器陣列甚至可以把多種器件集成在一起以形成更為復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器或微執(zhí)行器和IC集成在一起可以制造出高可靠性和高穩(wěn)定性的智能化MEMS。 多學(xué)科交叉：MEMS的制造涉及電子、機(jī)械、材料、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)、和生物等多種學(xué)科。同時(shí)MEMS也為上述學(xué)科的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供了有力的工具。4.1 傳感器技術(shù) 4.

21、4. 光柵數(shù)字傳感器光柵數(shù)字傳感器 光柵傳感器實(shí)際上是光電傳感器的一個(gè)特殊應(yīng)用。由于光柵測量具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 光柵主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。通常，標(biāo)尺光柵固定在活動(dòng)部件上，如機(jī)床的工作臺(tái)或絲桿上。光柵讀數(shù)頭則安裝在固定部件上，如機(jī)床的底座上。當(dāng)活動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，讀數(shù)頭和標(biāo)尺光柵也就隨之做相對(duì)的移動(dòng)。 5. 5. 光電式傳感器光電式傳感器 顧名思義，光電式傳感器就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的一種器件，簡稱光電器件。要將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，必須經(jīng)過兩個(gè)步驟：一是先將非電量的變化轉(zhuǎn)化成光量的變化；二是通過光電器件的作用，將光量的變化

22、轉(zhuǎn)化成電量的變化。這樣就實(shí)現(xiàn)了將非電量的變化轉(zhuǎn)化成電量的變化。 由于光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，光電器件是有響應(yīng)速度快、可靠性較高、精度高、非接觸式、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，因此光電式傳感器在現(xiàn)代測量與控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。4.1 傳感器技術(shù) 6.6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （1）智能傳感器的產(chǎn)生 智能傳感器這一概念，起源于美國宇航局開發(fā)宇宙飛船過程中。人們需要知道宇宙飛船在太空中飛行的速度、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)。為使宇航員在宇宙飛船內(nèi)能正常工作、生活，需要控制艙內(nèi)的溫度、濕度、氣壓、空氣成分等，因而需要安裝各式各樣的傳感器。然而，宇航員在太空中

23、進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)也需要大量的傳感器，因此，要用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)很難同時(shí)處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。4.1 傳感器技術(shù) 6. 6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （2）智能傳感器的定義與特征 智能傳感器是一種帶微處理機(jī)兼有檢測、判斷、信息處理、信息記憶、邏輯思維等功能的傳感器。智能傳感器是由傳統(tǒng)的傳感器和微處理器（或微計(jì)算機(jī)）相結(jié)合而構(gòu)成的。它充分利用微處理器的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能對(duì)它的內(nèi)部行為進(jìn)行調(diào)節(jié)，使采集的數(shù)據(jù)最佳。 微處理器是智能傳感器的核心，它不但可以對(duì)傳感器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)

24、、處理，還可以通過反饋回路對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于微處理器充分發(fā)揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低了傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。 除微處理器以外，智能傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器應(yīng)具有如下的特征： 可以根據(jù)輸入信號(hào)值進(jìn)行判斷和制定決策。 可以通過軟件控制做出多種決定。 可以與外部進(jìn)行信息交換，有輸入輸出接口。 具有自檢測、自修正和自保護(hù)功能。4.1 傳感器技術(shù) 6.6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （3）智能傳感器系統(tǒng)一般構(gòu)成 計(jì)算機(jī)軟件在智能傳感器中起著舉足輕重的作用。由于“電腦”的加入，智能傳感器可通過各種軟

25、件對(duì)信息檢測過程進(jìn)行管理和調(diào)節(jié)，使之工作在最佳狀態(tài)，從而增強(qiáng)了傳感器的功能，提升了傳感器的性能。此外，利用計(jì)算機(jī)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能，因?yàn)橐攒浖娌糠钟布?，可降低傳感器的制作難度。 智能傳感器系統(tǒng)一般構(gòu)成框圖如圖3.5所示。其中作為系統(tǒng)“大腦”的微型計(jì)算機(jī)，可以是單片機(jī)、單板機(jī)，也可以是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。4.1 傳感器技術(shù)4.1 傳感器技術(shù) 6.6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （4）智能傳感器的分類 智能傳感器按其結(jié)構(gòu)分為模塊式智能傳感器、混合式智能傳感器和集成式 智能傳感器三種。 混合式智能傳感器 混合式智能傳感器是將傳統(tǒng)的經(jīng)典傳感

26、器（采用非集成化工藝制作的傳感器，僅具有獲取信號(hào)的功能）、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為一個(gè)整體而構(gòu)成的智能傳感器系統(tǒng)。這種非集成化智能傳感器是在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)展形勢的推動(dòng)下迅速發(fā)展起來的。自動(dòng)化儀表生產(chǎn)廠家原有的一套生產(chǎn)工藝設(shè)備基本不變，附加一塊帶數(shù)字總線接口的微處理器插板組裝而成，并配備能進(jìn)行通訊、控制、自校正、自補(bǔ)償、自診斷等智能化軟件，從而實(shí)現(xiàn)智能傳感器功能。這是一種比較經(jīng)濟(jì)、快速建立智能傳感器的途徑。但將一個(gè)或多個(gè)敏感器件與微處理器、信號(hào)處理電路集成在同一硅片上，集成度高，體積小，目前的技術(shù)水平還很難實(shí)現(xiàn)。4.1 傳感器技術(shù) 6.6.智能傳感器智能傳感器(smart

27、 sensor)(smart sensor) （4）智能傳感器的分類 集成式智能傳感器 這種智能傳感器系統(tǒng)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)，利用硅作為基本材料來制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、以及微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上構(gòu)成的。這樣使智能傳感器達(dá)到了微型化，小可以小到放在注射針頭內(nèi)送進(jìn)血管測量血液流動(dòng)的情況。使結(jié)構(gòu)一體化，從而提高了精度和穩(wěn)定性。敏感元件構(gòu)成陣列后，配合相應(yīng)圖像處理軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖形成像且構(gòu)成多維圖像傳感器。這時(shí)的智能傳感器就達(dá)到了它的最高級(jí)形式。 模塊式智能傳感器 要在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)智能傳感器系統(tǒng)存在著許多棘手的難題。根據(jù)需要與可能，可將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)

28、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）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。組成模塊式智能傳感器。這種傳感器集成度不高，體積較大，但在目前的技術(shù)水平上，仍不失為一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)形式。4.1 傳感器技術(shù) 6. 6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （5）智能傳感器的主要功能 智能傳感器的功能是通過比較人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作提出的，隨著微電子技術(shù)及材料科學(xué)的發(fā)展，傳感器在發(fā)展與應(yīng)用過程中越來越多的與微處理器相結(jié)合，不僅具有視覺、觸覺、聽覺、味覺，還有了存儲(chǔ)、思維和邏輯判斷能力等人工智能。智能傳感器的主要功能有以下幾

29、點(diǎn)： 自補(bǔ)償和計(jì)算 許多工程技術(shù)人員多年來一直從事傳感器溫度漂移和非線性補(bǔ)償工作，雖然每年都有所進(jìn)展，但都是修修補(bǔ)補(bǔ)沒有根本性突破。而智能傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開辟了新的道路。這樣，即使傳感器加工不太精密，只要能保證傳感器性能重復(fù)性好，通過傳感器的計(jì)算功能也能獲得較精確的測量結(jié)果。另外還可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、能夠重新標(biāo)定某個(gè)敏感元件，使它重新有效。 自檢、自校、自診斷功能 普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證它的正常使用和足夠的準(zhǔn)確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場拆卸下來拿到試驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門進(jìn)行。這樣做是很不便的，特別是對(duì)使用于危險(xiǎn)場所的傳感器，這樣做既費(fèi)力又不

30、經(jīng)濟(jì)。利用智能傳感器，情況則大為改觀。檢驗(yàn)校正工作可以在線進(jìn)行。由于所要進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)主要是零位和增益，智能傳感器中有微處理機(jī)，內(nèi)存中有自校功能的軟件，操作者只要輸入零位和某已知參數(shù)，智能傳感器的自校軟件就能將隨時(shí)間變化的零位和增益校正過來。4.1 傳感器技術(shù) 6. 6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （5）智能傳感器的主要功能 復(fù)合敏感功能 我們?cè)跍y量液體質(zhì)量流量時(shí)，要同時(shí)測量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度，然后經(jīng)過計(jì)算才得到準(zhǔn)確的質(zhì)量流量值，智能傳感器出現(xiàn)以前，這些參數(shù)都是采用分散的、各自獨(dú)立的傳感器測量，這樣不但體積大，而且同步性差，時(shí)間、空間

31、誤差大。而智能傳感器具有復(fù)合敏感功能，能夠同時(shí)測量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息。如光強(qiáng)、波長、相位和偏振度等參數(shù)可反映光的運(yùn)動(dòng)特性；壓力、真空度、溫度梯度、熱量、濃度、pH值等分別反映物質(zhì)的力、熱、化學(xué)特性。 強(qiáng)大的通訊接口功能 由于用了微型機(jī)使其接口標(biāo)準(zhǔn)化，所以能夠與上一級(jí)微型機(jī)進(jìn)行接口的標(biāo)準(zhǔn)化，智能傳感器輸出的數(shù)據(jù)通過總線控制，為與其它數(shù)字控制儀表的直接通訊提供了方便，使智能傳感器可作為集散控制系統(tǒng)的組成單元受中央計(jì)算機(jī)的控制。4.1 傳感器技術(shù) 6.6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （5）智能傳感器的主要功能 現(xiàn)

32、場學(xué)習(xí)功能 利用嵌入智能和先進(jìn)的編程特性相結(jié)合，工程師們已設(shè)計(jì)出了新一代具有學(xué)習(xí)功能的傳感器，它能為各種場合快速而方便地設(shè)置最佳靈敏度。學(xué)習(xí)模式的程序設(shè)計(jì)使光電傳感器能對(duì)被檢測過程取樣，計(jì)算出光信號(hào)閾值，自動(dòng)編程最佳設(shè)置，并且能在工作過程中自動(dòng)調(diào)整其設(shè)置，以補(bǔ)償環(huán)境條件的變化。這種能力可以補(bǔ)償部件老化造成的參數(shù)漂移，從而延長器件或裝置的使用壽命和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 掉電保護(hù)功能 由于微型計(jì)算機(jī)的RAM的內(nèi)部數(shù)據(jù)在掉電時(shí)會(huì)自動(dòng)消失，這給儀器的使用帶來很大的不便。為此在智能儀器內(nèi)裝有備用電源，當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，能自動(dòng)把后備電源接入RAM，以保證數(shù)據(jù)不丟失。4.1 傳感器技術(shù) 6. 6.智能傳感器智能傳感

33、器(smart sensor)(smart sensor) （6）智能傳感器的發(fā)展趨勢 模糊化 模糊化智能傳感器是近年來發(fā)展的一個(gè)新方向。它是在經(jīng)典數(shù)值測量的基礎(chǔ)上經(jīng)過模糊推理和知識(shí)合成，以模擬人類自然語言符號(hào)描述的形式輸出測量結(jié)果。模糊化智能傳感器的“智能”表現(xiàn)在它可以模擬人類感知的全過程。它不僅具有智能傳感器的一般優(yōu)點(diǎn)和功能，而且具有學(xué)習(xí)推理的能力，具有適應(yīng)測量環(huán)境變化的能力，并能夠根據(jù)測量任務(wù)的要求進(jìn)行學(xué)習(xí)推理。此外，它還具有與上級(jí)系統(tǒng)交換信息的能力，以及自我管理和調(diào)節(jié)的能力。 微型集成化 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)，利用硅作為基本材料來制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理

34、單元，并把它們集成在一塊芯片上。國外也稱它為專用集成微型傳感技術(shù)(ASIM)。這種傳感器具有微型化、結(jié)構(gòu)一體化，精度高，多功能、陣列式全數(shù)化等特點(diǎn)。但是由于其集成難度大需要大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能降低成本。以目前的技術(shù)水平，要低成本實(shí)現(xiàn)微型集成化的智能傳感器系統(tǒng)還非常困難。但微型集成化的智能傳感器系統(tǒng)在航天、導(dǎo)彈制導(dǎo)、精密控制等方面具有重大的應(yīng)用價(jià)值。4.1 傳感器技術(shù) 6. 6.智能傳感器智能傳感器(smart sensor)(smart sensor) （6）智能傳感器的發(fā)展趨勢 網(wǎng)絡(luò)化 隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來特別是Internet的迅速發(fā)展，信息化已進(jìn)入嶄新的階段。網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器即在智能傳感技

35、術(shù)上融合通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，使傳感器具備自檢、自校、自診斷及網(wǎng)絡(luò)通信功能，從而實(shí)現(xiàn)信息的“采集”?！皞鬏敗焙吞幚恚蔀榻y(tǒng)一協(xié)調(diào)的一種新型智能傳感器。網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多點(diǎn)檢測發(fā)展；從被動(dòng)檢測向主動(dòng)進(jìn)行信息處理方向發(fā)展；從就地測量向遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線測控發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化使得傳感器可以就近接入網(wǎng)絡(luò)，傳感器與測控設(shè)備間再無需點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，大大簡化了連接線路，節(jié)省投資，易于系統(tǒng)維護(hù)，也使系統(tǒng)易于擴(kuò)充。 網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器研究的關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)化傳感器必須符合某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使現(xiàn)場測控?cái)?shù)據(jù)能直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。由于目前工業(yè)現(xiàn)場存在多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，因此也隨之發(fā)展起來了多種網(wǎng)絡(luò)化智

36、能傳感器，具有各自不同的網(wǎng)絡(luò)接口單元類型。目前主要有基于現(xiàn)場總線的智能傳感器和基于以太網(wǎng)協(xié)議的智能傳感器兩大類。4.2 MEMS技術(shù) 微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)是美國的叫法，在日本被稱為微機(jī)械，在歐洲被稱為微系統(tǒng)。MEMS是集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，目前MEMS加工技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學(xué)等領(lǐng)域，從而進(jìn)行生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室技術(shù)流程的芯片集成化。 作為納米科

37、技的一個(gè)分支，MEMS被稱為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的“明星”。目前，MEMS加工技術(shù)又被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學(xué)等領(lǐng)域，從而進(jìn)行生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室技術(shù)流程的芯片集成化。 MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。4.2 MEMS技術(shù)v 4.2.1 MEMS4.2.1 MEMS的基本概念的基本概念 MEMS由硅片采用光刻和各向異性刻蝕工藝制造而成，具有尺寸小、重量輕、成本低、可靠性高、抗振動(dòng)沖擊能力強(qiáng)以及易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的

38、處理電路等幾部分，它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。 完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。 從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng) MEMS技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子、機(jī)械、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、

39、材料科學(xué)、能源科學(xué)等4.2 MEMS技術(shù)v 4.2.2MEMS4.2.2MEMS技術(shù)的特點(diǎn)技術(shù)的特點(diǎn) MEMS系統(tǒng)器和器件的尺寸十分微小，通常在微米量級(jí)，微小的尺寸不僅使得MEMS能夠工作在一些常規(guī)機(jī)電系統(tǒng)無法介入的微小空間場合，而且意味著系統(tǒng)具有微小的質(zhì)量和消耗，微小的尺寸通常還為MEMS器件帶來更高的靈敏度和更好的動(dòng)態(tài)特性。80%以上的MEMS采用硅微工藝進(jìn)行制作，使其具有大批量生產(chǎn)模式，制造成本因而得以大大降低。在單一芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)電集成也是MEMS獨(dú)有的特點(diǎn)。單片集成系統(tǒng)能夠避免雜合系統(tǒng)中有各種連接所帶來的電路寄生效應(yīng)，因此可達(dá)到更高的性能并更加可靠，單片集成有利于節(jié)約成本。組件裝配特別

40、困難，目前許多MEMS都是設(shè)計(jì)成不需要裝配或者具有自裝配功能的系統(tǒng)。MEMS構(gòu)件的加工絕對(duì)誤差小，使用的材料也較為單一，三維加工能力明顯不足。 沿著系統(tǒng)及產(chǎn)品小型化、智能化、集成化的發(fā)展方向，可以預(yù)見：MEMS會(huì)給人類社會(huì)帶來另一次技術(shù)革命，它將對(duì)21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)方式和人類生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，是關(guān)系到國家科技發(fā)展、國防安全和經(jīng)濟(jì)繁榮的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。4.2 MEMS技術(shù)v 4.2.3MEMS分類分類 （1）微傳感器 機(jī)械類：力學(xué)、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量傳感器。 磁學(xué)類：磁通計(jì)、磁場計(jì)。 熱學(xué)類：溫度計(jì)。 化學(xué)類：氣體成分、濕度、PH值和離子濃度傳感器。 生物學(xué)類

41、：DNA芯片。 （2）微執(zhí)行器：微馬達(dá)、微齒輪、微泵、微閥門、微開關(guān)、微噴射器、微揚(yáng)聲器、 微諧振器等。 （3）微型構(gòu)件：微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等。 （4）微機(jī)械光學(xué)器件：微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、微斬光器、微干涉儀、微光開關(guān)、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等。 （5）真空微電子器件：它是微電子技術(shù)、MEMS技術(shù)和真空電子學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物，具有極快的開關(guān)速度、非常好的抗輻照能力和極佳的溫度特性。主要包括場發(fā)射顯示器、場發(fā)射照明器件、真空微電子毫米波器件、真空微電子傳感器等。 （6）電力電子器件：包括利用MEMS技術(shù)制作的垂直導(dǎo)電型MOS(V

42、MOS)器件、V型槽垂直導(dǎo)電型MOS(VVMOS)器件等各類高壓大電流器件。4.2 MEMS技術(shù)v 4.2.4MEMS4.2.4MEMS發(fā)展歷史發(fā)展歷史 MEMS第一輪商業(yè)化浪潮始于20世紀(jì)70年代末80年代初，當(dāng)時(shí)用大型蝕刻硅片結(jié)構(gòu)和背蝕刻膜片制作壓力傳感器。由于薄硅片振動(dòng)膜在壓力下變形，會(huì)影響其表面的壓敏電阻走線，這種變化可以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。后來的電路則包括電容感應(yīng)移動(dòng)質(zhì)量加速計(jì)，用于觸發(fā)汽車安全氣囊和定位陀螺儀。 第二輪商業(yè)化出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，主要圍繞著PC和信息技術(shù)的興起。TI公司根據(jù)靜電驅(qū)動(dòng)斜微鏡陣列推出了投影儀，而熱式噴墨打印頭現(xiàn)在仍然大行其道。 第三輪商業(yè)化可以說出現(xiàn)于

43、20世紀(jì)和21世紀(jì)之交，微光學(xué)器件通過全光開關(guān)及相關(guān)器件而成為光纖通訊的補(bǔ)充。盡管該市場現(xiàn)在蕭條，但微光學(xué)器件從長期看來將是MEMS一個(gè)增長強(qiáng)勁的領(lǐng)域。4.2 MEMS技術(shù)v 4.2.5MEMS4.2.5MEMS的相關(guān)技術(shù)的相關(guān)技術(shù) （1）微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和模擬技術(shù)、微系統(tǒng)建模等，還有微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究等課題，如：力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。 （2）微細(xì)加工技術(shù) 主要指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工和體加工技術(shù)，利用X射線光刻、電鑄的LIGA和利用紫外線的準(zhǔn)LIG

44、A加工技術(shù)；微結(jié)構(gòu)特種精密加工技術(shù)包括微火花加工、能束加工、立體光刻成形加工；特殊材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)；多種加工方法的結(jié)合；微系統(tǒng)的集成技術(shù)；微細(xì)加工新工藝探索等。 （3）微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù) 主要指粘接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術(shù)和自對(duì)準(zhǔn)組裝技術(shù)，具有三維可動(dòng)部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)。 4.2 MEMS技術(shù) （4）微系統(tǒng)的表征和測試技術(shù)。 主要有結(jié)構(gòu)材料特性測試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測試技術(shù)，微型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測量與評(píng)價(jià)技術(shù)。 目前，常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要有三種。 第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)器的方法。 第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件。 第三種是以德國為代表的LIGA（即光刻、電鑄和塑鑄）技術(shù)，它是利用X射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和塑鑄形成深層微結(jié)構(gòu)的方法。4.2 MEMS技術(shù)v 4.2.6MEMS的發(fā)展前景的發(fā)展前景 MEMS技術(shù)正