微机械电子系统及其应用PDF电子书下载

第1章 微机电系统的组成和应用 1

1.1 引言 1

1.2 微机电系统的特征 2

1.3 微机电系统的材料和制造技术 3

1.4 微机电系统的测量技术 4

1.5 微机电系统的应用 5

1.5.1 在航空航天方面的应用 6

1.5.2 在生物医学方面的应用 8

1.5.3 在微流量系统方面的应用 11

1.5.4 在扫描探针显微术方面的应用 12

1.5.5 在信息科学方面的应用 12

1.5.6 在微光学方面的应用 13

1.6 结语 14

思考题 15

参考文献 15

第2章 微机电系统功能材料 16

2.1 概述 16

2.2 硅材料 16

2.2.1 单晶硅 16

2.2.2 多晶硅 18

2.2.3 硅-蓝宝石 21

2.2.4 化合物半导体材料 22

2.2.5 SiC薄膜材料 23

2.3 压电材料 24

2.3.1 压电效应 24

2.3.2 石英晶体 24

2.3.3 压电陶瓷 26

2.3.4 聚偏二氟乙烯薄膜 29

2.3.5 ZnO压电薄膜 31

2.4 磁致伸缩材料 33

2.5 形状记忆合金 34

2.6 电流变液和磁流变液材料 35

2.7 膨胀合金 36

2.8 金刚石材料 37

2.9 纳米相材料 38

思考题 40

参考文献 40

第3章 微机械制造技术 41

3.1 概述 41

3.2 硅微机械制造技术 41

3.2.1 体型微加工技术 41

3.2.1.1 化学腐蚀 41

3.2.1.2 离子刻蚀 52

3.2.2 表面微加工技术 55

3.2.2.1 薄膜生成技术 55

3.2.2.2 牺牲层技术 59

3.3 LIGA技术和SLIGA技术 63

3.3.1 LIGA技术 63

3.3.2 SLIGA技术 64

3.4 特种精密机械制造技术 64

3.5 固相键合技术 66

3.5.1 技术要求 66

3.5.2 键合方法 71

3.5.2.1 阳极键合 71

3.5.2.2 Si-Si直接键合 74

3.5.2.3 玻璃封接键合 76

3.5.2.4 金属共熔键合 78

3.5.2.5 冷压焊键合 80

3.5.2.6 键合方法小结 80

3.6 微机械加工技术集合 81

思考题 82

参考文献 83

第4章 微机械执行器 84

4.1 概述 84

4.2 微电机 84

4.2.1 静电力驱动变电容式微电机 84

4.2.1.1 步进微电机 84

4.2.1.2 同步微电机 89

4.2.2 静电驱动谐波式微电机 90

4.2.3 电悬浮微电机 92

4.3 微泵和微阀 95

4.3.1 微流量控制系统 95

4.3.2 微型泵 96

4.3.2.1 有阀微型泵 96

4.3.2.2 无阀微型泵 106

4.4 梳状微谐振器 114

4.4.1 梳状微谐振器的结构和工作原理 114

4.4.2 谐振梳弹性系统的固有频率 116

思考题 119

参考文献 120

第5章 微机械传感器 122

5.1 概述 122

5.2 硅压力微传感器 123

5.2.1 硅电容式压力微传感器 124

5.2.1.1 工作原理 124

5.2.1.2 微电容测量电路 125

5.2.1.3 性能和应用 130

5.2.2 硅谐振式压力微传感器 132

5.2.2.1 工作原理 132

5.2.2.2 电阻热激励、电阻检测硅谐振梁式压力微传感器 133

5.3 硅谐振式加速度微传感器 141

5.3.1 概述 141

5.3.2 电阻热激励、电阻检测硅谐振式加速度微传感器 142

5.3.2.1 传感器微结构 142

5.3.2.2 开环特性测试和闭环回路设计 144

5.4 0位平衡式硅电容加速度微传感器 149

5.5 硅谐振式角速度微传感器 150

5.5.1 概述 150

5.5.2 谐振陀螺的工作原理 152

5.5.3 静电激励、电容检测硅谐振式微陀螺 154

5.5.3.1 原理结构 154

5.5.3.2 开环检测 156

5.5.3.3 闭环检测 158

思考题 160

参考文献 161

第6章 微机械弱信号检测与处理 162

6.1 概述 162

6.2 微弱信号检测技术 163

6.2.1 滤波技术 163

6.2.1.1 无源低通滤波器 164

6.2.1.2 有源低通滤波器 165

6.2.1.3 巴特沃兹滤波器 166

6.2.1.4 高通、带通及带阻滤波器 168

6.2.2 频域信号的相关检测技术 170

6.2.2.1 自相关函数 170

6.2.2.2 互相关函数 170

6.2.2.3 功率谱密度函数 171

6.2.2.4 频率响应函数和相干函数 171

6.2.2.5 相关技术对噪声抑制的应用 172

6.2.3 锁相环技术 174

6.2.4 时域信号的取样平均技术 175

6.2.5 开关-电容网络 177

6.2.6 抗干扰的技术措施 178

6.3 微弱信号检测技术的应用 179

6.3.1 光纤激励、检测硅谐振膜的弱信号测量电路 179

6.3.2 谐振式微传感器频率特性测试中的弱信号检测电路 180

6.3.2.1 频率特性开环测试系统 182

6.3.2.2 微弱信号检测 184

6.3.2.3 电阻热激励、电阻检测硅谐振梁式压力微传感器闭环电路设计 188

6.3.3 微机械隧道效应型加速度传感器的弱信号检测电路 188

6.3.4 微弱电容信号的检测电路 190

思考题 192

思考文献 192