1书籍

内容简介

针对微传感器技术发展速度快，一些理论、方法及实现技术尚未成熟的特点，本书紧密结合微传感器的新发展动态，对热、辐射、机械、磁、化学量微传感器的基本理论及实现技术进行分类阐述，同时介绍了微传感器系统及其数据获取与处理方面的知识，旨在为读者提供一本微传感器方面的入门读物。本书帮助读者在掌握微传感器基础知识的基础上，建立微传感器设计、研究、制作及实验分析等方面的基本概念。当遇到具体的微传感器问题时，能查到专业文献，能读懂文献内容，能自行设计实验，能对实验结果进行分析总结。

本书可供高等工科院校微机电系统、测控技术与仪器、自动化工程、机电一体化及仪器仪表等专业师生使用，也可供从事仪器相关专业的研究、设计、制造、使用的工程技术人员学习和参考。

目录

1 引言

1.1　微电子与微传感器

1.1.1 微电子与微器件

1.1.2　微传感器

1.1.3 微机电系统

1.1.4　微器件的相关理论与技术

1.2　微传感器与测量系统

1.2.1 测量系统

1.2.2　微传感器的分类

1.2.3 微传感器系统

1.3 本书内容的学习

1.3.1 专业文献的查找

1.3.2 专业文献的阅读

1.3.3　数据的总结与表达

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2名词

概念

⑴就单一传感器而言，微传感器是指尺寸微小的传感器，如敏感元件的尺寸从微米级到毫米级、甚至达到纳米级，主要采用精密加工、微电子以及微机电系统技术，实现传感器尺寸的缩小。

⑵就集成的传感器而言，微传感器是指将微小的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上而形成的集成的传感器。

⑶就传感器系统而言，微传感器是指传感系统中不但包括微传感器，还包括微执行器，可以独立工作，甚至由多个微传感器组成传感器网络，或者可实现异地联网。[1] 

特点

（1）体积小、重量轻

⑵功耗低

⑶性能好

⑷易于批量生产、成本低

⑸便于集成化和多功能化

⑹提高传感器化智能化水平

分类

按照被测量的物理性质，将微型传感器分为化学微传感器、生物微传感器、物理微传感器等，简要介绍一下每种类型中典型的微传感器：

（1）离子传感器——化学型

离子传感器是将溶液中的离子活度转换为电信号的传感器。基本原理是利用固定在敏感膜上的离子识别材料有选择性的结合被传感的离子，从而发生膜电位或膜电压的改变，达到检测目的。离子敏传感器广泛用在化学、医药、食品以及生物工程等行业中。

（2）基因传感器——生物型

基因传感器通过固定在感受器表面上的已知核苷酸序列的单链脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid,DNA）分子（也称为ssDNA探针），和另一条互补的ssDNA分子（也称为目称DNA或靶DNA）杂交，形成双链DNA（dsDNA），换能器将杂交过程或结果所产生的变化转换成电、光、声等物理信号，通过解析这些响应信号，给出相关基因的信息。基因传感器也称DNA传感器。

（3）声表面波传感器——物理型

声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）传感器是利用声表面波技术和微机电系统技术，将各种非电量信息，如压力、温度、流量、磁场强度、加速度、角速度等的变化转换为声表面波振器振荡频率的变化的装置。

应用

微型传感器是目前为成功并具实用性的微型机电器件，主要包括利用微型膜片的机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器；此外，还有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等，这些微型传感器的面积大多在1 mm2以下。

随着微电子加工技术，特别是纳米加工技术的进一步发展，传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，这些特点使得它们非常适合于汽车方面的应用。

汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称。它涉及到很多的物理量传感器和化学量传感器。这些传感器要么是使司机了解汽车各部分状态的；要么是用于控制汽车各部分状态的。

汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸人气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好，但线性差、适应温度较低。

其中，通用型的测温范围为-50℃～30℃，精度为1.5%，响应时间为10 ms；高温型为600℃～1000℃，精度为5%，响应时间为10ms；线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器（测温范围为-40℃～120℃，精度为2.0%）、金属或半导体膜空气温度传感器（测温范围为-40℃～150℃，精度为2.0%，5%，响应时间约20 ms）等。 

微型传感器应用于提高员工工作效率，传感器通常内置于徽章，或者放在办公家具上，它们会记录员工从办公桌起立、咨询其它团队和举行会议的频率。让数据带来了难以从其它途径获得的有关员工工作情况的见解。为了推动协作和提高员工工作效率，它们正利用相关信息作出大大小小的改变，从确定休息时间，到编排工作小组。传感器还能够揭示员工对办公空间的使用方式。