高等院校通用教材 微传感器设计、制造与应用PDF电子书下载

第1章 微传感器概论 1

1.1 微传感器优特点 1

1.1.1 微尺寸 1

1.1.2 微结构 1

1.1.3 分布场测量 1

1.1.4 节省空间和能源 2

1.1.5 动态测量 2

1.1.6 集成化 2

1.1.7 阵列化 3

1.1.8 分布式单元和智能结构 3

1.1.9 智能化 4

1.2 微传感器弱信号检测技术 4

1.3 微传感器分类 5

1.4 现状与未来 5

1.5 本书讨论内容 6

思考题 6

第2章 微传感器与材料 7

2.1 概述 7

2.2 硅及其化合物材料 8

2.2.1 单晶硅 8

2.2.2 多晶硅 10

2.2.3 硅-蓝宝石 14

2.2.4 碳化硅 15

2.2.5 氧化硅和氮化硅 16

2.3 化合物半导体材料 16

2.4 光导纤维 17

2.5 熔凝石英 18

2.6 金刚石材料 18

2.7 压电材料 19

2.7.1 压电效应（电致伸缩效应） 19

2.7.2 压电石英晶体 19

2.7.3 压电陶瓷 21

2.7.4 聚偏二氟乙烯薄膜 22

2.7.5 ZnO压电薄膜 24

2.7.6 压电自感知驱动器 25

2.8 磁致伸缩材料 26

2.9 形状记忆合金 27

2.10 膨胀合金 28

2.10.1 铁镍低膨胀系数合金（4J36） 28

2.10.2 铁、镍、钴玻璃封接合金（4J29） 28

2.10.3 铁、镍、钴瓷封合金（4J33） 28

2.11 几种通用金属材料 29

2.12 超导体 29

2.13 纳米相材料 30

2.14 结论 31

思考题 31

第3章 微机械制造技术 32

3.1 概述 32

3.2 硅微机械加工技术 32

3.2.1 表面微加工技术 33

3.2.2 体型微加工技术 44

3.3 LIGA技术和SLIGA技术 56

3.3.1 LIGA技术 56

3.3.2 SLIGA技术 57

3.4 固相键合技术 58

3.4.1 技术要求 58

3.4.2 键合方法 62

3.5 特种加工技术 68

3.5.1 激光加工技术 68

3.5.2 电子束加工技术 69

思考题 69

第4章 硅压阻式微传感器 70

4.1 概述 70

4.2 硅压阻式压力微传感器 71

4.2.1 基本原理 71

4.2.2 方形（或矩形）硅膜片的模拟计算 72

4.2.3 硅的压阻系数 78

4.2.4 压敏电阻电桥特性的零位温漂 79

4.2.5 压敏电阻电桥的温度误差补偿 80

4.2.6 硅压阻式压力微传感器的制造 81

4.3 硅压阻式加速度微传感器 83

4.3.1 概述 83

4.3.2 静态性能模拟 84

4.3.3 动态性能模拟 91

4.3.4 硅压阻式加速度微传感器 95

思考题 96

第5章 硅电容式微传感器 97

5.1 概述 97

5.2 硅电容式集成压力传感器 97

5.3 微弱电容信号的检测电路 99

5.3.1 MOS开关-电容网络 99

5.3.2 硅电容式集成压力传感器的接口电路 100

5.4 接触式硅电容压力微传感器 106

5.5 硅电容式加速度微传感器 107

思考题 112

第6章 硅谐振式微传感器 113

6.1 概述 113

6.2 谐振式微传感器的物理机理 114

6.2.1 工作原理 114

6.2.2 品质因数 115

6.2.3 谐振梁的微分方程 118

6.3 激励和检测机制 120

6.3.1 静电激励与电容检测 120

6.3.2 电热激励与压敏电阻检测 122

6.3.3 光热激励与光纤检测 122

6.3.4 电磁激励与检测 123

6.3.5 压电激励与检测 123

6.4 硅谐振式微传感器 125

6.4.1 硅谐振梁式压力微传感器 125

6.4.2 硅谐振式加速度微传感器 131

6.4.3 硅谐振式角速率微传感器 135

思考题 144

第7章 纳米微传感器 145

7.1 概述 145

7.2 电子隧道传感器工作原理 145

7.3 隧道加速度传感器 147

7.3.1 结构和制造 147

7.3.2 反馈控制电路 149

7.3.3 噪声源分析 149

7.3.4 隧道加速度计的特性测试 150

7.3.5 隧道加速度计的性能验证 152

7.4 原子力纳米结构传感器检测原理 153

7.4.1 概述 153

7.4.2 工作原理和结构 154

7.4.3 实验测试 155

7.5 碳纳米管质量传感器 157

7.5.1 概述 157

7.5.2 谐振式碳纳米管质量传感器 158

思考题 160

第8章 光电式微传感器 161

8.1 概述 161

8.2 基本原理 162

8.2.1 物理原理基础 162

8.2.2 半导体光源 163

8.2.3 半导体光电检测器 165

8.2.4 光电导探测器 167

8.3 光电传感器性能参数 168

8.3.1 灵敏度（响应型，响应率） 168

8.3.2 检测限 168

8.3.3 光谱灵敏度特性 169

8.3.4 时间响应特性 170

8.3.5 内部阻抗 170

8.3.6 信噪比与动态范围 171

8.3.7 暗电流 171

8.3.8 分辨率 171

8.4 CCD成像传感器 172

8.4.1 概述 172

8.4.2 CCD基本结构与MOS电容器 173

8.4.3 CCD成像传感器举例 178

8.4.4 微光CCD成像传感器 181

8.5 红外传感器 182

8.5.1 概述 182

8.5.2 光导型红外探测器 183

8.5.3 光电（伏）红外探测器 185

8.5.4 红外焦平面阵列探测器 185

8.6 光纤传感器 188

8.6.1 光纤的分类和数值孔径 188

8.6.2 光纤的波导传播 190

8.6.3 光纤耦合器 192

8.6.4 光纤传感器的基本类型 193

8.6.5 光纤传感器举例 193

思考题 196

第9章 智能化微传感器 198

9.1 概述 198

9.2 现场总线式智能传感器 199

9.2.1 组成 199

9.2.2 基本传感器 201

9.2.3 软件技术 202

9.3 应用举例 203

9.4 网络式智能微型无线传感器 211

9.4.1 组成 211

9.4.2 智能“微尘”自组网 212

9.4.3 微型操作系统 214

思考题 215

参考文献 216