新型傳感技術(shù)及應(yīng)用 課件全套 第1-5部分：基礎(chǔ)知識(shí) -典型傳感器

新型傳感技術(shù)第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第一部分思考題（1）1.如何理解新型傳感技術(shù)2.針對(duì)課上的教學(xué)內(nèi)容，找出三個(gè)你認(rèn)為值得交流、研討的問題，并說明你的理解發(fā)表在MOOC討論區(qū)里2主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用3主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用4

第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用51.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用61.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式2.教學(xué)模式（1）瞄準(zhǔn)“拔尖創(chuàng)新人才”培養(yǎng)目標(biāo)

課程以傳承陀螺精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新解決復(fù)雜工程問題能力為目標(biāo)，講授、研討持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的傳感技術(shù)及在國(guó)之重器中的典型應(yīng)用。72.教學(xué)模式（1）瞄準(zhǔn)“拔尖創(chuàng)新人才”培養(yǎng)目標(biāo)（2）教師講授、學(xué)生自主研學(xué)、師生交流研討（3）五環(huán)教學(xué)圖82.教學(xué)模式（3）五環(huán)教學(xué)圖著眼工程應(yīng)用反饋92.教學(xué)模式→工程應(yīng)用：服務(wù)國(guó)家重大需求，科學(xué)研究之本→科學(xué)問題：

高水平論文→關(guān)鍵技術(shù)：

高質(zhì)量發(fā)明專利→完善提高：

精益求精、

追求更好→自然現(xiàn)象：

學(xué)術(shù)研究之根（仿生科學(xué)）√√√√√102.教學(xué)模式（3）五環(huán)教學(xué)圖著眼工程應(yīng)用反饋個(gè)性成長(zhǎng)、分類卓越榜樣總師榜樣科學(xué)家112.教學(xué)模式榜樣總師榜樣科學(xué)家榜樣創(chuàng)業(yè)者（3）五環(huán)教學(xué)圖著眼工程應(yīng)用反饋個(gè)性成長(zhǎng)、分類卓越12第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用131.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式第二部分：傳感器的特性介紹傳感器靜態(tài)特性的描述與標(biāo)定、傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)、傳感器的動(dòng)態(tài)特性；為課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。14第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝介紹傳感器的核心部分——敏感元件或敏感單元采用的材料以及相應(yīng)的工藝，目的是為實(shí)現(xiàn)傳感器，由敏感結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)到敏感結(jié)構(gòu)的加工、制造、封裝、實(shí)現(xiàn)。這部分是本課程非常重要的基本內(nèi)容。3.教學(xué)內(nèi)容介紹傳感器的核心部分——敏感元件或敏感單元的力學(xué)行為的描述，目的是為定量研究傳感器的敏感機(jī)理，優(yōu)化設(shè)計(jì)傳感器的敏感結(jié)構(gòu)，提供理論依據(jù)。這部分是本課程非常重要的基礎(chǔ)內(nèi)容。第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模153.教學(xué)內(nèi)容第五部分：典型傳感器介紹近年來發(fā)展較快的幾種典型的傳感器，包括傳感器的基本結(jié)構(gòu)組成、敏感結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理、敏感結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、應(yīng)用特點(diǎn)等。這部分是本課程的核心內(nèi)容。重點(diǎn)介紹傳感器技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。通過一些典型案例，介紹傳感器具體應(yīng)用情況，充分展示傳感技術(shù)的重要性，這也是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容。16第六部分：傳感器的典型應(yīng)用3.教學(xué)內(nèi)容溫馨提示：這部分內(nèi)容有機(jī)融入前五部分第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用171.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)摸底交流

1.談?wù)勀銓?duì)傳感器的理解；新型傳感技術(shù)與傳感技術(shù)的不同。2.說出傳感器的主要性能指標(biāo)（至少5個(gè)）及其含義。3.右圖為一個(gè)典型的傳感器敏感結(jié)構(gòu)（E型圓膜片），說明其可以測(cè)量的參數(shù)與應(yīng)用特點(diǎn)。4.上圖為一傳感器的基本原理結(jié)構(gòu)，該傳感器可測(cè)量什么參數(shù)？提高其靈敏度可以采取哪些重要措施？每一種措施的應(yīng)用特點(diǎn)是什么？184.課程內(nèi)涵諧振式直接質(zhì)量流量傳感器194.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)傳感技術(shù)與新型傳感技術(shù)（從機(jī)理討論高性能）傳感技術(shù)與新型傳感技術(shù)（從機(jī)理討論高性能）204.課程內(nèi)涵諧振式硅微結(jié)構(gòu)壓力傳感器→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)傳感技術(shù)與新型傳感技術(shù)2021，諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)感覺感應(yīng)機(jī)制214.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)224.課程內(nèi)涵4.課程內(nèi)涵23244.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)首位女太空游客成實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象2006年9月18日～29日阿努什·安薩里第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：太空輻射對(duì)人體的反應(yīng)——第2號(hào)染色體的實(shí)驗(yàn)（輻射）第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：研究國(guó)際空間站的細(xì)菌——采樣實(shí)驗(yàn)（失重）第三個(gè)實(shí)驗(yàn)：背痛來自哪里——下背痛實(shí)驗(yàn)（失重）第四個(gè)實(shí)驗(yàn)：怎樣制成貧血——新細(xì)胞溶解實(shí)驗(yàn)（失重）254.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)2006-0922，“亞特蘭蒂斯”號(hào)宇航員海德馬里·皮珀兩次出現(xiàn)身體異常反應(yīng)【失重反應(yīng)！】264.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)4.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)27腦磁測(cè)量284.課程內(nèi)涵→充分認(rèn)識(shí)新型傳感技術(shù)第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用301.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律建議1：針對(duì)課程內(nèi)涵建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位5.學(xué)習(xí)建議原理：傳感器本身的敏感機(jī)理；圍繞智能化、自動(dòng)化思考問題；產(chǎn)學(xué)研

目的在用，了解行業(yè)應(yīng)用背景；向自然界學(xué)習(xí)，仿生傳感器尊重科學(xué)、注意積累、耐得住寂寞！不僅學(xué)習(xí)本課程，也是開展“傳感技術(shù)”科研應(yīng)遵循的原則31建議1：針對(duì)課程內(nèi)涵劉廣玉教授(1931-2022)電位器式壓力傳感器典型案例132時(shí)間：20世紀(jì)60年代末、70年代初目標(biāo)：研制航空機(jī)載電位器式壓力傳感器事例：劉老師與國(guó)內(nèi)一家工廠聯(lián)合攻關(guān)。因傳感器采用新材料3-53，工藝難度大，幾個(gè)月無實(shí)質(zhì)進(jìn)展，性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求突破：劉老師根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測(cè)試數(shù)據(jù)，從測(cè)量機(jī)理入手，研究敏感結(jié)構(gòu)特性，終于發(fā)現(xiàn)制約傳感器性能的問題，提出解決方案，連夜找到技術(shù)人員，來到車間。加工、裝配、調(diào)試，…，成功了應(yīng)用：在工廠配合下，成功加工出多只合格傳感器。除夕之夜，劉老師帶著幾只傳感器登上回京列車，大年初一早上回到學(xué)校。該傳感器成功用于我校研制的飛機(jī)。典型案例2→重要啟示：像劉老師那樣投入，鍥而不舍，一定能夠成功！33時(shí)間：20世紀(jì)70年初-80年代末目標(biāo)：研制高性能諧振筒式壓力傳感器事例：國(guó)內(nèi)航空系統(tǒng)多家科研院所、工廠和高校，聯(lián)合攻關(guān)。因該傳感器技術(shù)復(fù)雜、難度大，十幾年無實(shí)質(zhì)進(jìn)展。諧振筒式壓力傳感器劉廣玉教授(1931-2022)堅(jiān)守：劉老師帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，不放棄、不言?。恢鹨还タ藗鞲衅鳈C(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)、工藝實(shí)現(xiàn)、閉環(huán)控制等，終于在80年代后期，完全利用我國(guó)科技能力，系統(tǒng)掌握該傳感器核心技術(shù)，成功研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能諧振筒式壓力傳感器。應(yīng)用：用于我國(guó)飛機(jī)，為我國(guó)航空機(jī)載大氣參數(shù)測(cè)量技術(shù)水平的提升做出了重要貢獻(xiàn)。典型案例234諧振筒式壓力傳感器——裝備我國(guó)飛機(jī)，氣壓高度測(cè)量精度大大提高，出口國(guó)外2000英尺(600m)1000英尺(300m)13121110987654321標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(Pa)17868187391966220631216472271323826249822618427432287283007331468壓力梯度(Pa/m)2.822.983.123.273.433.593.743.874.024.174.334.484.6676543212007年11月22日起，8850米～12500米空間范圍，飛機(jī)間最小垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)由600米縮小為300米，飛行高度層從7個(gè)增加到13個(gè)（增86%），我國(guó)空域容量顯著增加典型案例235關(guān)鍵技術(shù)之一：氣壓高度精確測(cè)量（高精度大氣壓力傳感器）諧振筒式壓力傳感器——裝備我國(guó)飛機(jī)，氣壓高度測(cè)量精度大大提高，出口國(guó)外全球?qū)嵤㏑VSM區(qū)域及計(jì)劃實(shí)施區(qū)域多學(xué)科與技術(shù)（物理、化學(xué)、生物；材料、機(jī)械、電工電子、控制、微電子、計(jì)算機(jī)等）；應(yīng)用十分廣泛，要求千差萬別，品種規(guī)格繁多；綜合性技術(shù)：涉及傳感器的機(jī)理研究與分析、設(shè)計(jì)與研制、性能評(píng)估與應(yīng)用等；→內(nèi)涵特色：尊重內(nèi)在規(guī)律、把握技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)分類卓越！→重要啟示：像劉老師那樣投入，鍥而不舍，一定能夠成功！36多學(xué)科與技術(shù)（物理、化學(xué)、生物；材料、機(jī)械、電工電子、微電子、控制、計(jì)算機(jī)等）；應(yīng)用十分廣泛，要求千差萬別，品種規(guī)格繁多；在信息技術(shù)中發(fā)展相對(duì)緩慢，但生命力強(qiáng)大綜合性技術(shù)：涉及傳感器的機(jī)理研究與分析、設(shè)計(jì)與研制、性能評(píng)估與應(yīng)用等；→綜合性強(qiáng)、覆蓋面寬、系統(tǒng)性弱、重點(diǎn)不突出、個(gè)性鮮明、入門宜→內(nèi)涵特色：尊重內(nèi)在規(guī)律、把握技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)分類卓越！→重要啟示：像劉老師那樣投入，鍥而不舍，一定能夠成功！385.學(xué)習(xí)建議39建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律建議1：針對(duì)課程內(nèi)涵現(xiàn)代信息技術(shù)信息獲取→信息傳輸→信息處理傳感器技術(shù)→通信技術(shù)→計(jì)算機(jī)技術(shù)感官→神經(jīng)→大腦傳感器技術(shù)是信息社會(huì)重要基礎(chǔ)；傳感器是信息獲取首要環(huán)節(jié)，被公認(rèn)為現(xiàn)代信息技術(shù)源頭。在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、社會(huì)發(fā)展中傳感器具有重要作用，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療衛(wèi)生等人民生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中。40建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律→傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平成為一個(gè)國(guó)家能力的重要標(biāo)志！①門捷列夫：科學(xué)始于測(cè)量（無測(cè)量，無科學(xué)）②錢學(xué)森：信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的源頭，是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。

③王大珩：傳感器、儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”，科學(xué)研究的“先行官”，軍事上的“戰(zhàn)斗力”，現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)的“物化法官”。41建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律信息技術(shù)發(fā)展過程中的3條重要定律：GordonMooreGeorgeGilderRobertMetcalfe①摩爾定律：計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能每18月翻一番；②吉爾德定律：網(wǎng)絡(luò)帶寬每6個(gè)月翻一番；③麥特卡爾定律：對(duì)網(wǎng)絡(luò)投入Ｎ，回報(bào)Ｎ的平方→充分反映信息傳輸、信息處理的快速性問題：摩爾定律已逼近物理極限；軟件和應(yīng)用開始主導(dǎo)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展模式軟件發(fā)展及其制約要素42建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律結(jié)論：信息獲取(傳感器)：信息技術(shù)源頭，上游傳感器與傳感器技術(shù)：在科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中有極重要地位，是“1”，是方向…當(dāng)大家迷茫時(shí)，從事信息技術(shù)、研究傳感器★重要技術(shù)、重要課程ICT3.0時(shí)代？→傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平成為一個(gè)國(guó)家能力的重要標(biāo)志！43建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律5.學(xué)習(xí)建議45建議2：把握信息技術(shù)規(guī)律建議1：針對(duì)課程內(nèi)涵建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位據(jù)統(tǒng)計(jì)，一架現(xiàn)代飛機(jī)上裝備著至少數(shù)百只傳感器，測(cè)量飛行器的飛行姿態(tài)、飛行狀態(tài)、導(dǎo)航定位、動(dòng)力裝置及燃滑油系統(tǒng)工作參數(shù)，測(cè)量武器與火控系統(tǒng)的探測(cè)參數(shù)以及飛控、液壓、電源、起落架、環(huán)控、救生、安全與防護(hù)等機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的工作參數(shù)。應(yīng)用實(shí)例①飛機(jī)飛行試驗(yàn)以及地面發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)等，也都需要大量傳感器。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位46應(yīng)用實(shí)例①C-919鐵鳥試驗(yàn)臺(tái)47建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位應(yīng)用實(shí)例①

飛機(jī)綜合顯示系統(tǒng)48建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位美國(guó)航天飛機(jī)所用的傳感器數(shù)量達(dá)3500只，其中運(yùn)載火箭上2500只，航天飛機(jī)上1000只應(yīng)用實(shí)例②2005年7月發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)燃料傳感器？！49建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位應(yīng)用實(shí)例②(燃料傳感器出現(xiàn)了故障！)監(jiān)測(cè)燃料箱內(nèi)液氫的容量傳感元件→技術(shù)瓶頸建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位應(yīng)用實(shí)例③有哪些國(guó)內(nèi)傳感器，能夠進(jìn)入到主要市場(chǎng)？新能源汽車及使用的汽車傳感器51建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位應(yīng)用實(shí)例③能源管理系統(tǒng)：精細(xì)管理7000塊鋰電池，防止過熱或短路利用上萬個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)智能管控智能引擎系統(tǒng)：西瓜大小的電機(jī)416馬力引擎部件不超過10個(gè)；燃油汽車引擎部件多達(dá)200個(gè)電動(dòng)自行車充電著火（傳感技術(shù)缺失）52建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位應(yīng)用實(shí)例④整車檢測(cè)點(diǎn)2500多個(gè)，比以前動(dòng)車組多500多個(gè)?！斑@些大大小小的傳感器，最大的高62.8厘米，最小的直徑僅5毫米?！敝熊囁姆焦煞莨炯夹g(shù)中心副主任陶桂東解釋說，這些傳感器能采集1500多項(xiàng)車輛狀態(tài)信息，就像動(dòng)車組的眼睛一樣，時(shí)時(shí)刻刻對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)、振動(dòng)、軸承溫度、冷卻系統(tǒng)溫度、牽引制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)、車廂環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)測(cè)?！皬?fù)興號(hào)”建立了大量的傳感系統(tǒng)53建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位應(yīng)用實(shí)例⑤物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu)引自：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2017）建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位54傳感技術(shù)的國(guó)家計(jì)劃—發(fā)達(dá)國(guó)家①美國(guó)：把20世紀(jì)80年代看成是傳感器技術(shù)時(shí)代，并列為20世紀(jì)90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，美國(guó)空軍2000年提出的15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)美國(guó)空軍作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵技術(shù)中，傳感器技術(shù)列第2。②日本：把開發(fā)和利用傳感器技術(shù)列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展6大核心技術(shù)之一。文部科學(xué)省制定的20世紀(jì)90年代重點(diǎn)科研項(xiàng)目中有70個(gè)重點(diǎn)課題，18項(xiàng)與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。③德國(guó)：80項(xiàng)優(yōu)先資助計(jì)劃中，兩項(xiàng)為傳感器的計(jì)劃，一項(xiàng)為微型化傳感器，另一項(xiàng)為生物傳感器。④歐盟：把傳感器技術(shù)作為帶動(dòng)各領(lǐng)域技術(shù)水平提升的關(guān)鍵性技術(shù)來看待，在傳感器技術(shù)的研究中非常重視傳感器技術(shù)與其他高新技術(shù)的交叉研究。55建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位傳感技術(shù)的國(guó)家計(jì)劃—中國(guó)56建議3：充分認(rèn)識(shí)傳感器重要地位我國(guó)傳感技術(shù)發(fā)展始于20世紀(jì)50年代初期，60年代研制出應(yīng)變?cè)?、霍爾元件等?0年代初研制生產(chǎn)出擴(kuò)散硅力敏傳感器/砷化鎵霍爾元件、碳化硅熱敏電阻等；80年代“敏感元件與傳感器”列入國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃，研制出集成溫度傳感器、集成磁敏傳感器、薄膜和厚膜鉑電阻、電渦流傳感器1987年國(guó)家科委制定了《傳感器技術(shù)發(fā)展政策》白皮書；1991年《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十年規(guī)劃和“八五”計(jì)劃建議》中明確要求“大力加強(qiáng)傳感器的開發(fā)和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中普遍應(yīng)用”；“十五”以來，國(guó)家自然基金、“863計(jì)劃”等把傳感技術(shù)作為重點(diǎn)支持領(lǐng)域；

“十二五”開始，以提高我國(guó)科學(xué)儀器設(shè)備的自主創(chuàng)新能力和自我裝備水平為宗旨，自然科學(xué)基金委、科技部分別設(shè)立了重大科學(xué)儀器專項(xiàng)，安排專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持。主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用571.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式（1）開放資源（慕課）（2）教材（3）學(xué)術(shù)交流（4）精神傳承（5）學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)（1）開放資源新型傳感技術(shù)（慕課）

傳感器技術(shù)及應(yīng)用（慕課）

6.教學(xué)資源58（2）主要參考教材59學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽（3）學(xué)術(shù)交流

成立于1979年3月29日，目前主辦7種有關(guān)傳感器、儀器儀表及測(cè)量控制學(xué)術(shù)、技術(shù)類期刊。每年組織大量學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。儀器儀表學(xué)會(huì)設(shè)傳感器分會(huì)，掛靠中國(guó)航天九院704所。(美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)，1963.01.01)IEEE，InstrumentationandMeasurement中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)元件分會(huì)中國(guó)電子學(xué)會(huì)敏感技術(shù)分會(huì)中國(guó)航空學(xué)會(huì)制導(dǎo)導(dǎo)航與控制專業(yè)委員會(huì)中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)傳感器分會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)壓力/流量/溫度等專業(yè)委員會(huì)606.教學(xué)資源國(guó)內(nèi)主要學(xué)術(shù)刊物：《儀器儀表學(xué)報(bào)》《計(jì)量學(xué)報(bào)》《傳感技術(shù)學(xué)報(bào)》《測(cè)控技術(shù)》《計(jì)測(cè)技術(shù)》《儀表技術(shù)與傳感器》《傳感器技術(shù)》國(guó)際主要學(xué)術(shù)刊物：SensorsandActuators（A、B）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurementIEEESensorsJournalMicrosystemTechnologies61學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽6.教學(xué)資源（3）學(xué)術(shù)交流

國(guó)內(nèi)最重要學(xué)術(shù)會(huì)議：全國(guó)敏感元件與傳感器學(xué)術(shù)團(tuán)體聯(lián)合組織委員會(huì)，STC包括7個(gè)國(guó)內(nèi)專業(yè)學(xué)會(huì)與學(xué)術(shù)團(tuán)體

中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)傳感器分會(huì)中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)元件分會(huì)傳感技術(shù)聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全國(guó)高校傳感技術(shù)研究會(huì)中國(guó)電子學(xué)會(huì)敏感技術(shù)分會(huì)中國(guó)航空學(xué)會(huì)制導(dǎo)導(dǎo)航與控制專業(yè)委員會(huì)中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)傳感器分會(huì)62學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽6.教學(xué)資源（3）學(xué)術(shù)交流

國(guó)內(nèi)最重要學(xué)術(shù)會(huì)議：全國(guó)敏感元件與傳感器學(xué)術(shù)團(tuán)體聯(lián)合組織委員會(huì)，STC包括7個(gè)國(guó)內(nèi)專業(yè)學(xué)會(huì)與學(xué)術(shù)團(tuán)體

學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽6.教學(xué)資源（3）學(xué)術(shù)交流

2014.10.11-13，北航與太原航空儀表有限公司在太原成功舉辦了第十三屆全國(guó)敏感元件與傳感器學(xué)術(shù)會(huì)議

2016.10.14-16，第十四屆STC會(huì)議，成都，電子科大2018.11.12-14，第十五屆STC會(huì)議，漢威電子（鄭州大學(xué)）2020.09.18-20，第十六屆STC會(huì)議，沈陽，儀表科學(xué)研究院（大連理工大學(xué)）

2023.06.09-11，第十七屆STC會(huì)議，泰州，人民政府、704、廈門大學(xué)第十八屆全國(guó)敏感元件與傳感器學(xué)術(shù)會(huì)議(STC2025)2025.10.14–16，華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽葛文勛先生創(chuàng)辦國(guó)際最重要學(xué)術(shù)會(huì)議：固態(tài)傳感器、執(zhí)行器與微系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議(InternationalConferenceonSolid-StateSensors，ActuatorsandMicrosystems，簡(jiǎn)稱Transducers)國(guó)際傳感技術(shù)領(lǐng)域規(guī)模最大、層次最高的學(xué)術(shù)會(huì)議。自1981年在美國(guó)波士頓召開首次會(huì)議以來，該會(huì)議每?jī)赡暾匍_一次，輪流在美洲、歐洲、亞洲及大洋洲舉辦。2011年，6月5日-9日，第16屆大會(huì)在北京成功舉辦。提升了我國(guó)在傳感技術(shù)領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力大會(huì)主席：夏善紅646.教學(xué)資源（3）學(xué)術(shù)交流

中國(guó)國(guó)際測(cè)量控制與儀器儀表展覽會(huì)（MICONEX，1983年創(chuàng)辦，原多國(guó)儀器儀表展），在國(guó)內(nèi)外儀器儀表、傳感技術(shù)領(lǐng)域具有很高影響力，是儀器儀表界知名品牌學(xué)術(shù)活動(dòng)，受到國(guó)內(nèi)外業(yè)界歡迎和好評(píng)。MICONEX集“學(xué)術(shù)交流、展覽展示、技術(shù)交流、貿(mào)易洽談、成果轉(zhuǎn)讓”于一體，參加展會(huì)活動(dòng)累計(jì)超過40個(gè)國(guó)家和地區(qū)上千家企業(yè)，上萬名科技工作者以及數(shù)十萬人次參觀展會(huì)65學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽6.教學(xué)資源（3）學(xué)術(shù)交流

中國(guó)（國(guó)際）傳感器創(chuàng)新大賽2012年創(chuàng)辦，兩年舉辦一次；起點(diǎn)高、參賽人員多、參與范圍廣學(xué)術(shù)組織學(xué)術(shù)刊物學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)競(jìng)賽6.教學(xué)資源（3）學(xué)術(shù)交流

66學(xué)術(shù)競(jìng)賽

—中國(guó)（國(guó)際）傳感器創(chuàng)新大賽大賽目的（1）服務(wù)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的戰(zhàn)略，推動(dòng)儀器儀表及傳感器技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展；（2）倡導(dǎo)創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)原創(chuàng)、首創(chuàng)精神，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)；（3）面向戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)研究成果與產(chǎn)業(yè)改造的融合。

（1）創(chuàng)新設(shè)想類（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)類（3）創(chuàng)新應(yīng)用類大賽分設(shè)三個(gè)類別，自由命題，兩個(gè)階段67（1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)類；（2）創(chuàng)新應(yīng)用類特等獎(jiǎng)，基于原子自旋的超高分辨率磁強(qiáng)計(jì)，北京航空航天大學(xué)，201268學(xué)術(shù)競(jìng)賽

—中國(guó)（國(guó)際）傳感器創(chuàng)新大賽北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院測(cè)控系，2022學(xué)術(shù)競(jìng)賽

—中國(guó)（國(guó)際）傳感器創(chuàng)新大賽69北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院測(cè)控系，202270特等獎(jiǎng)，仿復(fù)眼增強(qiáng)型導(dǎo)航儀，北京航空航天大學(xué)，2022基于多傳感器融合的視觸覺反饋遙操作手系統(tǒng)，高碩嫦娥五號(hào)月面采樣區(qū)域三維重建傳感系統(tǒng)，屈玉福71學(xué)術(shù)競(jìng)賽

—中國(guó)（國(guó)際）傳感器創(chuàng)新大賽林士諤(1913～1987)北航：1952年10月，舉全國(guó)之力，匯聚了清華大學(xué)、北洋大學(xué)、廈門大學(xué)、四川大學(xué)等八所院校的航空系的優(yōu)秀人才，組建了新中國(guó)第一所航空航天高等學(xué)府林士諤先生：創(chuàng)建我國(guó)飛行器儀表與傳感器學(xué)科、專業(yè)（4）林士諤先生與陀螺精神6.教學(xué)資源林士諤先生在美國(guó)麻省理工學(xué)院的學(xué)位證書及博士論文首頁(yè)736.教學(xué)資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)1935，上海交大→MIT，師從Dr.Draper1937、1939，MIT獲碩士、博士學(xué)位

1938，創(chuàng)立“林士諤法”-求解高次方程（科學(xué)家）《數(shù)學(xué)手冊(cè)》-代數(shù)方程

746.教學(xué)資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)真空膜盒式空速傳感器、氣壓高度傳感器1942，國(guó)際首創(chuàng)，發(fā)明“膜盒式空速表”（工程師）真空膜盒1943，獲當(dāng)時(shí)航空委員會(huì)頒發(fā)的“光華發(fā)明獎(jiǎng)”1935，上海交大→MIT，師從Dr.Draper1937、1939，MIT獲碩士、博士學(xué)位

1938，創(chuàng)立“林士諤法”-求解高次方程（科學(xué)家）756.教學(xué)資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)1942，國(guó)際首創(chuàng)，發(fā)明“膜盒式空速表”（工程師）1943，獲當(dāng)時(shí)航空委員會(huì)頒發(fā)的“光華發(fā)明獎(jiǎng)”1935，上海交大→MIT，師從Dr.Draper1937、1939，MIT獲碩士、博士學(xué)位

1938，創(chuàng)立“林士諤法”-求解高次方程（科學(xué)家）1952，創(chuàng)建北航，陀螺慣導(dǎo)學(xué)科（精密儀器及機(jī)械）

航空儀表與傳感器專業(yè)（測(cè)控技術(shù)與儀器）

培養(yǎng)大批人才1946，廈門大學(xué)航空系

1951，廈門大學(xué)→清華大學(xué)航空系

6.教學(xué)資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)林士諤先生，晚年依然忘我工作…→林先生一生，詮釋了

愛國(guó)、創(chuàng)新、奉獻(xiàn)陀螺精神：堅(jiān)定不移、堅(jiān)韌不拔、堅(jiān)持不懈1.定軸性2.進(jìn)動(dòng)性3.章動(dòng)性經(jīng)典陀螺（高速轉(zhuǎn)子式）三個(gè)重要性質(zhì)→愛國(guó)→奉獻(xiàn)→創(chuàng)新776.教學(xué)資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)北航高度重視傳感器技術(shù)的發(fā)展學(xué)術(shù)方向：傳感器技術(shù)一直是重要學(xué)術(shù)方向；科學(xué)研究：系統(tǒng)開展飛行器儀表與傳感器的科研工作；教學(xué)工作：設(shè)立與傳感技術(shù)課程，既有理論課，也有實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐（5）學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)6.教學(xué)資源第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應(yīng)用791.教學(xué)團(tuán)隊(duì)2.教學(xué)模式3.教學(xué)內(nèi)容4.課程內(nèi)涵5.學(xué)習(xí)建議6.教學(xué)資源7.考核方式慕課內(nèi)容自學(xué)研討30%平時(shí)思考題探究式學(xué)習(xí)30%期末考試?yán)碚摗?shí)踐并重40%第一部分思考題（2）1.舉3個(gè)例子說明傳感器在國(guó)之重器建設(shè)中的重要作用2.簡(jiǎn)要說明你對(duì)仿生傳感器理解發(fā)表在MOOC討論區(qū)里80主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用8182新型傳感技術(shù)第二部分：傳感器的特性主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用84

85第二部分思考題（1）1.利用“極限點(diǎn)法”評(píng)估傳感器綜合誤差的意義、方法2.7個(gè)基本量溯源的量子化進(jìn)程3.穩(wěn)定性指標(biāo)的意義及提高的措施發(fā)表在MOOC討論區(qū)里第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標(biāo)定2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)2.4傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)862.1.1靜態(tài)特性的描述87p—傳感器輸出、輸入傳感器輸入輸出特性：曲線、公式、表格2.1.2動(dòng)態(tài)特性的描述881.時(shí)域，描述傳感器輸入-輸出的微分方程為2.復(fù)頻域，描述傳感器輸入-輸出的傳遞函數(shù)為第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標(biāo)定2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)2.4傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)892.2.1靜態(tài)標(biāo)定的條件901.對(duì)標(biāo)定環(huán)境要求2.對(duì)所用的標(biāo)定設(shè)備要求3.對(duì)標(biāo)定過程要求(1)無加速度,無振動(dòng),無沖擊；(2)溫度在15～25℃；(3)濕度不大于85％RH；(4)大氣壓力為0.1MPa。2.對(duì)所用的標(biāo)定設(shè)備要求；7個(gè)基本量：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度、

電流、發(fā)光強(qiáng)度、物質(zhì)量2個(gè)輔助量：平面角、球面度2.2.1靜態(tài)標(biāo)定的條件911.對(duì)標(biāo)定環(huán)境要求2.對(duì)所用的標(biāo)定設(shè)備要求3.對(duì)標(biāo)定過程要求(1)無加速度,無振動(dòng),無沖擊；(2)溫度在15～25℃；(3)濕度不大于85％RH；(4)大氣壓力為0.1MPa。2.對(duì)所用的標(biāo)定設(shè)備要求；3.對(duì)標(biāo)定過程要求在一定標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級(jí)標(biāo)定設(shè)備對(duì)傳感器多次往復(fù)測(cè)試過程

輸入量②x標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定設(shè)備輸出量①ys被校傳感器輸出量③ym；92；利用測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算傳感器的性能指標(biāo)

2.2.2靜態(tài)標(biāo)定的結(jié)果2.2.3動(dòng)態(tài)標(biāo)定的條件931.合適的典型輸入信號(hào)發(fā)生器2.合適的動(dòng)態(tài)信號(hào)記錄設(shè)備3.合適的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)→動(dòng)態(tài)信號(hào)記錄設(shè)備固有角頻率不低于被標(biāo)定傳感器固有角頻率3～5倍，或工作頻帶不低于被標(biāo)定傳感器工作頻帶

2～3倍振動(dòng)2.2.3動(dòng)態(tài)標(biāo)定的條件941.合適的典型輸入信號(hào)發(fā)生器2.合適的動(dòng)態(tài)信號(hào)記錄設(shè)備3.合適的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)→數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采樣頻率應(yīng)高于被標(biāo)定傳感器固有頻率的10倍952.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果階躍輸入響應(yīng)；回零過渡過程響應(yīng)；脈沖輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)域動(dòng)態(tài)標(biāo)定方式正弦輸入的頻域穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：幅值增益(幅頻特性)和相位差(相頻特性)輸入響應(yīng)；線性調(diào)頻響應(yīng)頻域動(dòng)態(tài)標(biāo)定方式1.由非周期型階躍響應(yīng)建立一階傳感器傳遞函數(shù)2.由衰減振蕩型階躍響應(yīng)建立二階傳感器傳遞函數(shù)3.由實(shí)驗(yàn)頻率特性獲取一階傳感器傳遞函數(shù)4.由有峰值實(shí)驗(yàn)頻率特性獲取二階傳感器傳遞函數(shù)傳感器動(dòng)態(tài)模型建立962.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果1.由非周期型階躍響應(yīng)建立一階傳感器傳遞函數(shù)當(dāng)傳感器實(shí)際階躍過渡過程曲線與右圖相似時(shí)，按一階傳感器處理；靜態(tài)增益由靜態(tài)標(biāo)定獲得；時(shí)間常數(shù)由實(shí)驗(yàn)過渡過程曲線獲得一階傳感器歸一化單位階躍過渡過程、以及經(jīng)變換后的有關(guān)方程為傳感器階躍響應(yīng)曲線972.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果2.由衰減振蕩型階躍響應(yīng)建立二階傳感器傳遞函數(shù)振蕩二階傳感器歸一化階躍響應(yīng)為

(1)阻尼較小、有振蕩如圖(a)、(b)所示實(shí)驗(yàn)曲線，信息比較豐富利用超調(diào)量、峰值時(shí)間、上升時(shí)間計(jì)算固有角頻率和阻尼比進(jìn)行建模傳感器衰減振蕩型階躍響應(yīng)曲線982.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果2.由衰減振蕩型階躍響應(yīng)建立二階傳感器傳遞函數(shù)振蕩二階傳感器歸一化階躍響應(yīng)為

(2)振蕩次數(shù)不超過半次如圖(c)所示實(shí)驗(yàn)曲線；利用上升時(shí)間和峰值時(shí)間計(jì)算固有角頻率和阻尼比進(jìn)行建模傳感器衰減振蕩型階躍響應(yīng)曲線992.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果2.由衰減振蕩型階躍響應(yīng)建立二階傳感器傳遞函數(shù)振蕩二階傳感器歸一化階躍響應(yīng)為

(3)超調(diào)量很小如圖(d)所示實(shí)驗(yàn)曲線；在0.8～1.0之間初選一個(gè)阻尼比，利用上升時(shí)間計(jì)算固有角頻率，再檢驗(yàn)回歸效果傳感器衰減振蕩型階躍響應(yīng)曲線1002.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果3.由實(shí)驗(yàn)頻率特性建立一階傳感器傳遞函數(shù)基于一階傳感器歸一化幅頻特性取0.707，0.900和0.950時(shí)的角頻率，回歸時(shí)間常數(shù)

一階傳感器幅頻特性曲線利用模型計(jì)算幅頻特性，與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，檢查回歸效果1012.2.4動(dòng)態(tài)標(biāo)定的結(jié)果4.由有峰值實(shí)驗(yàn)頻率特性建立二階傳感器傳遞函數(shù)如圖為有峰值二階傳感器歸一化幅頻特性，可利用峰值及對(duì)應(yīng)的諧振角頻率，計(jì)算阻尼比和固有角頻率；二階傳感器幅頻特性利用模型計(jì)算幅頻特性，與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，檢查回歸效果第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標(biāo)定2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)2.4傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1021.測(cè)量范圍2.量程3.靜態(tài)靈敏度4.分辨力與分辨率5.漂移6.溫漂7.傳感器的測(cè)量誤差8.線性度9.符合度10.遲滯11.非線性遲滯12.重復(fù)性13.綜合誤差2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)1033.靜態(tài)靈敏度2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)關(guān)于靜態(tài)靈敏度的討論1044.分辨力與分辨率2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)分辨力分辨率針對(duì)全測(cè)量范圍辨率1055.漂移2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)→輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，又稱時(shí)漂反映傳感器的穩(wěn)定性指標(biāo)；時(shí)間范圍：1小時(shí)、1天、1個(gè)月、半年或1年等零點(diǎn)漂移滿量程漂移1066.溫漂2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)→輸出量隨溫度變化的現(xiàn)象零點(diǎn)漂移滿量程漂移1077.傳感器的測(cè)量誤差2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)(絕對(duì)誤差)(相對(duì)誤差)(針對(duì)被測(cè)量值)1088.線性度2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)

理論線性度(絕對(duì))

端基線性度平移端基線性度最小二乘線性度獨(dú)立線性度→針對(duì)不同的參考直線1099.符合度2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)(1)應(yīng)滿足所需要的擬合誤差要求；(2)函數(shù)的形式盡可能簡(jiǎn)單；(3)選用多項(xiàng)式時(shí)，其階次盡可能低→針對(duì)不同的參考曲線11010.遲滯2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)11111.非線性遲滯2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)11212.重復(fù)性2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)113物理意義（正態(tài)分布）綜合考慮正、反行程考慮全部測(cè)點(diǎn)3為置信概率系數(shù)3s為置信限或隨機(jī)不確定度13.綜合誤差2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)極限點(diǎn)法以極限點(diǎn)中間值為參考值極限點(diǎn)偏差討論：是否需要考慮參考直線？114第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標(biāo)定2.3傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)2.4傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1152.4.1傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)被測(cè)量為單位階躍信號(hào)時(shí)傳感器理想輸出為

k——傳感器的靜態(tài)增益一階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)與相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差分別為——傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出1162.4.1傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)一階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)與相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差一階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)一階傳感器單位階躍響應(yīng)相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差一階傳感器主要時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)①

T—時(shí)間常數(shù)，輸出由零上升到穩(wěn)態(tài)值63%所需時(shí)間②

—響應(yīng)時(shí)間，輸出保持在與穩(wěn)態(tài)值偏差絕對(duì)值不超過

某一量值的時(shí)間；取5%時(shí)，約為3T③

—上升時(shí)間，輸出由穩(wěn)態(tài)值10%上升到90%所需時(shí)間④

—延遲時(shí)間，輸出由零上升到50%所需時(shí)間1172.4.1傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)118對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)二階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)2.4.1傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)119對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)→可計(jì)算不同誤差帶對(duì)應(yīng)的傳感器響應(yīng)時(shí)間一是當(dāng)阻尼比大于1，為過阻尼無振蕩系統(tǒng)；其歸一化單位階躍響應(yīng)與相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差分別為2.4.1傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)120對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)→可計(jì)算不同誤差帶對(duì)應(yīng)的傳感器響應(yīng)時(shí)間二是當(dāng)阻尼比等于1，為臨界阻尼無振蕩系統(tǒng)；其歸一化單位階躍響應(yīng)與相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差分別為2.4.1傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)121對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)三是當(dāng)阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統(tǒng)；其歸一化單位階躍響應(yīng)與相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差分別為→二階傳感器響應(yīng)以其穩(wěn)態(tài)輸出值為平衡位置衰減振蕩

122對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)三是當(dāng)阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統(tǒng)①振蕩次數(shù)N：相對(duì)誤差曲線幅值超過允許誤差限的次數(shù)②峰值時(shí)間：誤差曲線由起點(diǎn)到第一個(gè)振蕩幅值點(diǎn)的時(shí)間間隔二階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)與包絡(luò)線及有關(guān)指標(biāo)示意123對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)三是當(dāng)阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統(tǒng)③超調(diào)量：峰值時(shí)間對(duì)應(yīng)的相對(duì)動(dòng)態(tài)誤差值二階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)與包絡(luò)線及有關(guān)指標(biāo)示意④響應(yīng)時(shí)間：根據(jù)超調(diào)量與動(dòng)態(tài)誤差帶的相互關(guān)系計(jì)算124對(duì)于二階傳感器，階躍響應(yīng)與其固有角頻率和阻尼比有關(guān)三是當(dāng)阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統(tǒng)二階傳感器歸一化單位階躍響應(yīng)與包絡(luò)線及有關(guān)指標(biāo)示意2.4.2傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)125重點(diǎn)討論基于傳感器幅值頻率特性的通頻帶和工作頻帶兩個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)一階傳感器歸一化幅值增益和相位特性分別為

通頻帶：幅值增益對(duì)數(shù)特性衰減3dB(歸一化幅值增益下降到0.707

)，幅頻特性曲線所對(duì)應(yīng)的頻率范圍

工作頻帶：歸一化幅值誤差小于所規(guī)定允許誤差時(shí)，幅頻特性曲線所對(duì)應(yīng)的頻率范圍一階傳感器歸一化幅值增益和相位特性2.4.2傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)126重點(diǎn)討論基于傳感器幅值頻率特性的通頻帶和工作頻帶兩個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)一階傳感器通頻帶和工作頻帶分別為

通頻帶：幅值增益對(duì)數(shù)特性衰減3dB(歸一化幅值增益下降到0.707

)，幅頻特性曲線所對(duì)應(yīng)的頻率范圍

工作頻帶：歸一化幅值誤差小于所規(guī)定允許誤差時(shí)，幅頻特性曲線所對(duì)應(yīng)的頻率范圍一階傳感器歸一化幅值增益——所規(guī)定的歸一化幅值誤差的允許值2.4.2傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)127二階傳感器歸一化幅值增益和相位特性分別為二階傳感器歸一化幅值增益和相位特性2.4.2傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)128二階傳感器歸一化幅值增益和相位特性分別為二階傳感器歸一化幅值增益阻尼比小于0.707，幅頻特性曲線有峰值，傳感器諧振角頻率、諧振峰值以及相角分別為考慮到二階傳感器幅值增益有時(shí)產(chǎn)生較大峰值，故二階傳感器的工作頻帶更有意義2.4.2傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)129如圖給出了固有角頻率對(duì)工作頻帶的影響情況，固有角頻率越高，工作頻帶越寬；二階傳感器工作頻帶與固有角頻率關(guān)系2.4.2傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)130如圖給出了阻尼比對(duì)工作頻帶的影響情況二階傳感器工作頻帶與阻尼比關(guān)系131第二部分思考題（2）1.減小傳感器溫度漂移的措施2.傳感器綜合測(cè)試的意義與應(yīng)用3.建立傳感器動(dòng)態(tài)模型的方法4.二階傳感器的主要性能指標(biāo)發(fā)表在MOOC討論區(qū)里主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用132133新型傳感技術(shù)第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第三部分思考題（1）1.有觀點(diǎn)“一代材料，一代傳感器”，談?wù)勀愕睦斫?.簡(jiǎn)要說明材料與工藝對(duì)傳感器的重要價(jià)值發(fā)表在MOOC討論區(qū)里135主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)

第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用136

137138139周邊固支矩形平膜片不同的材料+不同的工藝140周邊固支方形平膜片+雙端固支梁固支E形膜片+雙端固支梁第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝3.1敏感結(jié)構(gòu)的材料3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1411.硅材料2.二氧化硅3.壓電材料4.石墨烯3.1敏感結(jié)構(gòu)的材料1421.硅材料硅單晶硅多晶硅各向同性各向異性單晶硅143單晶硅144單晶硅145單晶硅:MostpopularlyusedinMEMSsensors便于批量生產(chǎn)，易于裝配；低密度(2.33g/cm2)，高彈性模量E(130-190GPa)；高熔點(diǎn)(nofailureeveninhightemperaturecondition)；低膨脹系數(shù)(8timeslessthanthesteel,10timeslessthanaluminium)；能夠?qū)崿F(xiàn)集成式傳感器(integratedsensor)，SOC

CrystaldirectionElasticmodulusPoisson'sratioCuttingmodulusDensitycoefficientofexpansion(ppm/°C)<100>1300.278(N型)79.02.332.62<110>17061.72.332.62<111>1900.18(P型)57.52.332.62單晶硅146單晶硅半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的電阻特性單晶硅的晶向、晶面的表示半導(dǎo)體材料的各向異性密勒指數(shù)147單晶硅單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數(shù)1.ABCD面(100)，<100>148單晶硅149單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數(shù)1.ABCD面(100)，<100>2.ADGF面(110)，<110>單晶硅150單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數(shù)1.ABCD面(100)，<100>2.ADGF面(110)，<110>3.AHF面(111)，<111>單晶硅151單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數(shù)1.ABCD

面(100)，<100>2.ADGF

面(110)，<110>3.AHF

面(111)，<111>4.BCHE

面→FILG面(-110)→(1-10)，<1-10>單晶硅152壓阻系數(shù)縱向壓阻系數(shù)橫向壓阻系數(shù)縱向應(yīng)力橫向應(yīng)力壓阻系數(shù)矩陣P型硅：N型硅：可忽略，可忽略，單晶硅153壓阻系數(shù)P方向在標(biāo)準(zhǔn)的立方晶格坐標(biāo)系中的方向余弦Q方向在標(biāo)準(zhǔn)的立方晶格坐標(biāo)系中的方向余弦任意晶向的壓阻系數(shù)單晶硅154壓阻系數(shù)任意晶向的壓阻系數(shù)計(jì)算(001)面上<010>晶向的縱向、橫向壓阻系數(shù)計(jì)算實(shí)例1壓阻系數(shù)繪出P型硅(001)面內(nèi)的縱向和橫向壓阻系數(shù)的分布圖計(jì)算實(shí)例2任意晶向的壓阻系數(shù)P

方向：Q

方向：?jiǎn)尉Ч?552.二氧化硅156又稱硅石，自然界中存在有結(jié)晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種主要用于介電材料，提供電與熱的絕緣層、掩膜保護(hù)層、表面加工的犧牲層

→用作絕緣層和掩膜層的SiO22.二氧化硅157SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O→用作犧牲層的SiO23.壓電材料158機(jī)械能電能壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)壓電特性3.壓電材料159（1）石英晶體（2）壓電陶瓷（3）偏二氟乙烯石英諧振器3.壓電材料160（1）石英晶體

石英晶體的壓電機(jī)理石英晶體的壓電常數(shù)石英晶體幾何切型的分類石英晶體的性能石英壓電諧振器的熱敏感性3.壓電材料161（1）石英晶體

石英晶體的壓電機(jī)理光(z)-機(jī)(y)-電(x)石英晶體的壓電機(jī)理石英晶體的壓電常數(shù)3.壓電材料162（1）石英晶體

應(yīng)力電荷左旋石英晶體取正號(hào)；右旋石英晶體取負(fù)號(hào)厚度變形/長(zhǎng)度變形/面剪切變形/厚度剪切變形3.壓電材料163（1）石英晶體

石英晶體的壓電機(jī)理石英晶體的壓電常數(shù)石英晶體幾何切型的分類X切族（厚度為x初始方向，旋轉(zhuǎn)而成）3.壓電材料164（1）石英晶體

石英晶體的壓電機(jī)理石英晶體的壓電常數(shù)石英晶體幾何切型的分類石英晶體的性能壓電特性非常穩(wěn)定，但比較弱；溫度特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性非常好；固有頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能好，遲滯小，重復(fù)性好。3.壓電材料165（1）石英晶體

石英晶體的壓電機(jī)理石英晶體的壓電常數(shù)石英晶體幾何切型的分類石英晶體的性能石英壓電諧振器的熱敏感性石英溫度傳感器諧振頻率與溫度的關(guān)系——熱靈敏系數(shù)Ct正確選擇切型和工作模式3.壓電材料166（1）石英晶體（2）壓電陶瓷（3）偏二氟乙烯壓電陶瓷元件壓電換能器3.壓電材料167（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機(jī)理壓電陶瓷的壓電常數(shù)常用壓電陶瓷3.壓電材料168（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機(jī)理壓電陶瓷：人工合成的多晶壓電材料鈦酸鋇壓電陶瓷3.壓電材料169（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機(jī)理壓電陶瓷的壓電常數(shù)鈦酸鋇壓電陶瓷3.壓電材料170（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機(jī)理壓電陶瓷的壓電常數(shù)常用壓電陶瓷

鈦酸鋇壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電陶瓷3.壓電材料171（1）石英晶體（2）壓電陶瓷（3）偏二氟乙烯一種高分子半晶態(tài)聚合物(薄膜)具有較高的電壓靈敏度正壓電效應(yīng)輸出電信號(hào)4.石墨烯1722004年，單層石墨烯（Graphene）通過機(jī)械剝離法首次被制出，其理論厚度只有0.335nm，其面內(nèi)楊氏模量為1TPa，斷裂強(qiáng)度達(dá)130GPa

2010年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：安德烈·海姆康斯坦丁·諾沃肖洛夫4.石墨烯173基于石墨烯優(yōu)良的機(jī)械、電學(xué)特性，研究測(cè)量流體介質(zhì)的石墨烯傳感器：壓阻式、光纖干涉式

、諧振式SmithAD,etal.NanoLetters,2013,13(7):3237-42.MaJ,etal.OpticsLetters,2012,37(13):2493-2495.第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝3.1敏感結(jié)構(gòu)的材料3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1743.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1751.硅微加工技術(shù)2.LIGA技術(shù)與SLIGA技術(shù)3.鍵合技術(shù)4.特殊精密加工技術(shù)3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1761.硅微加工技術(shù)（1）體形微加工技術(shù)（2）表面微加工技術(shù)①化學(xué)腐蝕②離子刻蝕各向同性腐蝕各向異性腐蝕腐蝕停止技術(shù)清除硅表面上的污染或修復(fù)被劃傷了的硅表面；形成單晶硅平膜片；形成單晶硅或多晶硅薄膜上的圖案以及具有圓形或橢圓形截面的腔和槽等3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1771.硅微加工技術(shù)（1）體形微加工技術(shù)（2）表面微加工技術(shù)①化學(xué)腐蝕②離子刻蝕各向同性腐蝕各向異性腐蝕(100)／(111)面的腐蝕速率大約為400：1；

而(110)面的腐蝕速率則介于二者之間3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1781.硅微加工技術(shù)（1）體形微加工技術(shù)（2）表面微加工技術(shù)①化學(xué)腐蝕②離子刻蝕各向同性腐蝕各向異性腐蝕腐蝕停止技術(shù)單晶硅表面進(jìn)行硼重?fù)诫s，可實(shí)現(xiàn)重?fù)诫s區(qū)腐蝕速率遠(yuǎn)小于其他非重?fù)诫s區(qū)，使腐蝕自動(dòng)停止在兩者交界面上；電化學(xué)（陽極）腐蝕停止技術(shù)3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1791.硅微加工技術(shù)（1）體形微加工技術(shù)（2）表面微加工技術(shù)①化學(xué)腐蝕②離子刻蝕用于高精度，側(cè)面垂直度要求嚴(yán)格的圖案(結(jié)構(gòu))；離子刻蝕包括等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕(也稱反應(yīng)濺射刻蝕)等干刻蝕方法；這些方法利用氣體的等離子體生成物或者濺射進(jìn)行3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1801.硅微加工技術(shù)（1）體形微加工技術(shù)（2）表面微加工技術(shù)①化學(xué)腐蝕②離子刻蝕①薄膜生成技術(shù)②犧牲層技術(shù)

（2）表面微加工技術(shù)3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝181①薄膜生成技術(shù)物理氣相淀積技術(shù)

利用高真空蒸鍍和濺射的方法，使另一種物質(zhì)在硅片表面上成膜真空蒸鍍法蒸鍍材料(Al、Au)掛在鎢絲加熱器上；原子蒸發(fā)，碰撞到達(dá)襯底２表面，凝聚成膜；制作電極、敏感柵真空蒸鍍系統(tǒng)原理圖１—真空室；２—襯底；４—接高真空泵；３—鎢絲繞制的加熱器(掛有被蒸鍍的材料)3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝182①薄膜生成技術(shù)直流濺射原理圖１—靶；２—陰極；３—直流高壓電源ＤＣ；４—陽極；５—基片；６—惰性氣體入口；７—接真空系統(tǒng)直流濺射法設(shè)備復(fù)雜，成膜速度慢，但膜牢固；能制出高熔點(diǎn)的金屬膜和化合物膜；不能濺射介質(zhì)膜(絕緣層)

物理氣相淀積技術(shù)

利用高真空蒸鍍和濺射的方法，使另一種物質(zhì)在硅片表面上成膜3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝183①薄膜生成技術(shù)物理氣相淀積技術(shù)

利用高真空蒸鍍和濺射的方法，使另一種物質(zhì)在硅片表面上成膜磁控射頻濺射原理圖１—介質(zhì)靶；２—陰極；３—射頻電源ＲＦ；

４—陽極；５—基片；６—接真空系統(tǒng)磁控射頻濺射法提高濺射薄膜的均勻性和濺射速率；能制出金屬膜、介質(zhì)膜、壓阻膜、壓電膜和半導(dǎo)體膜

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝184①薄膜生成技術(shù)化學(xué)氣相淀積技術(shù)

使氣體與襯底材料本身在加熱的表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使另一種物質(zhì)在表面上成膜常壓化學(xué)氣相淀積（NPCVD）低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD）

等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相淀積（PECVD）

外延工藝化學(xué)氣相淀積CVD：ChemicalVaporDeposition高溫條件下的利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)（分解、還原、氧化、置換）生成固態(tài)沉積物的工藝過程，形成薄膜

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝185①薄膜生成技術(shù)②犧牲層技術(shù)

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1861.硅微加工技術(shù)2.LIGA技術(shù)與SLIGA技術(shù)2.LIGA

技術(shù)與SLIGA技術(shù)

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝187①Ｘ光深度同步輻射光刻過程②電鑄形成金屬微結(jié)構(gòu)③注塑成型LIGA特點(diǎn)(1)制造較大深寬比結(jié)構(gòu)；(2)取材廣，金屬、陶瓷、聚合物、玻璃等；(3)可制作任意截面形狀圖形結(jié)構(gòu)，精度高；(4)可重復(fù)復(fù)制，符合大批量生產(chǎn)要求，制造成本較低2.LIGA

技術(shù)與SLIGA技術(shù)

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1882.LIGA技術(shù)與SLIGA技術(shù)

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝189①④②③⑤⑥⑦2.LIGA技術(shù)與SLIGA技術(shù)

3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝190LIGA犧牲層：SacrificialLayer3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1911.硅微加工技術(shù)2.LIGA技術(shù)與SLIGA技術(shù)3.鍵合技術(shù)3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1923.鍵合技術(shù)（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的零件重疊接合在一起，構(gòu)成三維微結(jié)構(gòu)；3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1933.鍵合技術(shù)（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的零件重疊接合在一起，構(gòu)成三維微結(jié)構(gòu)；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；陽極鍵合原理3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1943.鍵合技術(shù)（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的零件重疊接合在一起，構(gòu)成三維微結(jié)構(gòu)；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；硅與玻璃陽極鍵合簡(jiǎn)圖及實(shí)例參考?jí)毫Ρ粶y(cè)壓力被測(cè)壓力3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1953.鍵合技術(shù)（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的零件重疊接合在一起，構(gòu)成三維微結(jié)構(gòu)；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；熱熔Si-Si鍵合：形成SOI（Silicon-on-Insulator，絕緣體上的硅）結(jié)構(gòu)3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1963.鍵合技術(shù)（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的零件重疊接合在一起，構(gòu)成三維微結(jié)構(gòu)；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；（3）常用的互連材料：金屬和硅、硅和硅、金屬和金屬以及玻璃和硅；（4）鍵合基本要求：①殘余熱應(yīng)力盡可能??；②可實(shí)現(xiàn)機(jī)械解耦，防止外界應(yīng)力干擾；③

足夠的機(jī)械強(qiáng)度和密封性；④良好的電絕緣性。3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1971.硅微加工技術(shù)2.LIGA技術(shù)與SLIGA技術(shù)3.鍵合技術(shù)4.特殊精密加工技術(shù)（1）針對(duì)傳感器用到的非硅類材料：如熔凝石英（石英玻璃）、石英晶體、陶瓷、磁性材料、彈性合金、高分子聚合物以及超導(dǎo)材料等；（2）加工成特殊復(fù)雜型面，精密表面和特殊零件：如薄壁殼、膜、小孔、窄縫、探針、深槽等；（3）需要特殊精密加工技術(shù)：如高能束流（激光束流、電子束流、離子束流）加工技術(shù)，電加工技術(shù)（電脈沖加工技術(shù)、電解加工技術(shù)）和離子注入技術(shù)等3.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1984.特殊精密加工技術(shù)一種集成式硅電容壓力微傳感器的封裝：借助激光打孔，將玻璃與硅襯底密封連接成一整體結(jié)構(gòu)553.2敏感結(jié)構(gòu)的工藝1994.特殊精密加工技術(shù)一種硅諧振式壓力微傳感器的原理結(jié)構(gòu)硅諧振梁封裝在真空參考腔內(nèi)第三部分思考題（2）1.針對(duì)右圖傳感器的敏感結(jié)構(gòu)，分析其應(yīng)用的材料與相應(yīng)工藝2.舉例說明封裝工藝在傳感器中

的重要性發(fā)表在MOOC討論區(qū)里200主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用201202新型傳感技術(shù)第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模主要內(nèi)容第一部分：基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結(jié)構(gòu)的材料與工藝第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模

第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應(yīng)用204

205206需要建立模型進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)207第四部分思考題（1）1.針對(duì)這兩個(gè)微機(jī)械壓力傳感器，分析異同2.從彈性敏感元件的力學(xué)特性，說明傳感器指標(biāo)的相互制約發(fā)表在MOOC討論區(qū)里208第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模4.1概述4.2彈性敏感元件的基本特性4.3彈性敏感結(jié)構(gòu)的邊界條件4.4彈性體的能量方程4.5受有張力的彈性弦絲的固有振動(dòng)4.6受軸向力的兩端固支梁

4.7膜片的建模4.8圓柱殼的建模

2094.1概述溫度測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域

一般特性位移、應(yīng)變、應(yīng)力特性固有振動(dòng)特性其他特性彈性元件的特性彈性元件彈性變形2102114.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)波紋膜片壓力/力敏感元件2124.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)真空膜盒壓力敏感元件2134.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)波紋管壓力/力敏感元件2144.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)波紋管壓力/力敏感元件2154.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)S型梁集中力敏感元件應(yīng)變式電子秤2164.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)C型管壓力敏感元件使用C型管的壓力儀表（傳感器）2174.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)諧振筒壓力敏感元件2184.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)諧振式直接質(zhì)量流量傳感器彈性彎管質(zhì)量流量/密度敏感元件2194.1概述常用彈性敏感結(jié)構(gòu)硅微結(jié)構(gòu)壓力敏感元件第四部分：敏感結(jié)構(gòu)的建模4.1概述4.2彈性敏感元件的基本特性4.3彈性敏感結(jié)構(gòu)的邊界條件4.4彈性體的能量方程4.5受有張力的彈性弦絲的固有振動(dòng)4.6受軸向力的兩端固支梁

4.7膜片的建模4.8圓柱殼的建模

2204.2.1剛度與柔度4.2.2彈性滯后4.2.3彈性后效與蠕變4.2.4彈性材料的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)4.2.5應(yīng)力描述4.2.6位移描述4.2.7應(yīng)變描述4.2.8應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系4.2.9固有諧振頻率4.2.10彈性元件的熱特性4.2彈性敏感元件的基本特性2214.2.1剛度與柔度222彈性敏感元件輸入輸出柔度(靈敏度)剛度彈性敏感元件特性

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.2彈性滯后223彈性敏感元件輸入輸出彈性敏感元件工作時(shí)，因材料內(nèi)部存在分子間內(nèi)摩擦，加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象稱為彈性滯后某些傳感器引起遲滯誤差的主要原因之一

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.3彈性后效與蠕變載荷作用彈性敏感元件，產(chǎn)生變形過程；起初較短時(shí)間段，變化持續(xù)過程可看作

彈性后效；載荷不變，彈性敏感元件較長(zhǎng)時(shí)間緩慢

變形，該過程可看作蠕變；

彈性后效會(huì)引起傳感器

重復(fù)性誤差或動(dòng)態(tài)誤差；蠕變會(huì)影響傳感器穩(wěn)定性；

彈性滯后、彈性后效、蠕變同時(shí)發(fā)生，物理過程復(fù)雜；設(shè)計(jì)傳感器，選擇彈性敏感元件材料時(shí)應(yīng)充分重視

彈性敏感元件彈性變形過程

4.2彈性敏感元件的基本特性2244.2.4彈性材料的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)225周期振動(dòng)彈性敏感元件，針對(duì)能量定義的

機(jī)械品質(zhì)因數(shù)

——儲(chǔ)存的總能量；——每周由阻尼消耗的能量二階系統(tǒng)歸一化幅頻特性

機(jī)械品質(zhì)因數(shù)可用等效二階系統(tǒng)幅值頻率特性

曲線來說明；等效二階系統(tǒng)歸一化幅頻特性為——系統(tǒng)固有角頻率和阻尼比對(duì)于弱阻尼系統(tǒng)（阻尼比遠(yuǎn)小于1），最大

幅值增益和對(duì)應(yīng)的諧振頻率，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應(yīng)力描述226考慮彈性體某截面上的受力情況，該截面上某一點(diǎn)單位面積上的作用內(nèi)力就是應(yīng)力

——正應(yīng)力（normalstress，垂直于作用面）、

切應(yīng)力（shearstress，平行于作用面）應(yīng)力描述

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應(yīng)力描述227三維直角坐標(biāo)系內(nèi)，一點(diǎn)處有六個(gè)獨(dú)立應(yīng)力分量：三個(gè)正應(yīng)力，三個(gè)切應(yīng)力研究硅壓阻效應(yīng)的應(yīng)力表述三維直角坐標(biāo)系內(nèi)應(yīng)力描述

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應(yīng)力描述228三維直角坐標(biāo)系內(nèi)，應(yīng)力平衡方程直角坐標(biāo)系平行六面體微元上的應(yīng)力分布

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應(yīng)力描述229直角坐標(biāo)系下彈性體邊界上的力平衡方程直角坐標(biāo)系邊界四面體微元上的應(yīng)力分布

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應(yīng)力描述230平面極坐標(biāo)系內(nèi)，一點(diǎn)處有三個(gè)獨(dú)立應(yīng)力分量：兩個(gè)正應(yīng)力，一個(gè)切應(yīng)力

平面極坐標(biāo)內(nèi)應(yīng)力描述

平面極坐標(biāo)系下的應(yīng)力平衡方程平面極坐標(biāo)下微元體的應(yīng)力分布

4.2彈性敏感元件的基本特性彈性元件的位移是其位置變化；位移連續(xù)變化；

在三維直角坐標(biāo)系，某點(diǎn)位置和位移分別為

4.2.6位移描述231三維坐標(biāo)系位置、位移描述示意圖在平面極坐標(biāo)系某點(diǎn)位移為

——平面極坐標(biāo)系中徑向和切向的單位動(dòng)矢量平面極坐標(biāo)系位置、位移的描述示意圖平面極坐系位移描述示意圖

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.7應(yīng)變描述232考慮一線段AB長(zhǎng)度的變化，則該線段的正應(yīng)變?yōu)榭紤]兩線之間夾角的變化，如圖所示；線段AB與線段BC的切應(yīng)變（剪應(yīng)變）為正應(yīng)變描述切應(yīng)變描述

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.7應(yīng)變描述233

三維直角坐標(biāo)系中，一點(diǎn)處應(yīng)變有六個(gè)獨(dú)立分量：三個(gè)正應(yīng)變、三個(gè)切應(yīng)變

平面極坐標(biāo)系中，一點(diǎn)處應(yīng)變有三個(gè)獨(dú)立分量：兩個(gè)正應(yīng)變、一個(gè)切應(yīng)變

4.2彈性敏感元件的基本特性2344.2.8應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

胡克——1635～1703，1678年彈性定律發(fā)表在他的講演集《態(tài)勢(shì)的恢復(fù)》(針對(duì)典型彈性體)科西1822年引入“應(yīng)力”“應(yīng)變”及G.格林的改進(jìn)后才具有現(xiàn)代形式（廣義胡克定律）牛頓(1643～1727)——萬有引力的思考

4.2彈性