《现代传感技术与系统》课件第四章.ppt

第四章 智能传感器的外围技术 第四章 智能传感器的外围技术 §4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 4.1 微机电系统结构与元器件 2、微光学装置 利用微机加工技术生产的大量微光学装置：光栅、透镜、电气互联、光纤联结、校正装置、隐角反射和波导器等。 除硅以外的Ⅲ-Ⅴ半导体材料用于改善光学性能； 使用氩、氙离子束和氯作为反应气体的化学辅助离子束蚀刻处理被用于制造激光表面发射器。（3微米直径的激光器可在室温下工作，具有1.5mA以下的电流限制和16%的差分量子效率） 力学、光学和电子学在微观尺度上的结合将成为光学微系统中的一个重要领域。 一个微机械加工与光学结合的实例：多硅微扫描仪。 由一个安装在静电驱动微电机转子上的中空镀镍多边形反射器、一个基于光学和MEMS元件的微光学机械系统在晶片水平上集成而成，如下页图。微扫描仪和可移动光学元件采用非电子镀层技术实现设计和装配。镍的厚度是2×10-8米，宽度是10-5米。已生产的扫描仪直径从250到1,000微米不等。还有2-4微米空间栅格的衍射光栅微扫描仪，亦采用类似过程制造。 微光学机械系统装置的关键是在通用基座上构筑不同光学和机械结构的能力。 利用光来提供机械能量的 执行器是又一种应用方案。与 非光学方案相比，光学执行器 具有更高运行速度、更低功耗 和更小热膨胀的潜在优点。光电流作用于一个松弛的硅悬臂，对抗外加静电电压，从而拉紧了杠杆。 3、微夹具 目前的微夹具多采用多原 硅表面微加工技术制作，由电 刷驱动器激励。 电刷驱动器为几种微执行 器以及用于诸多传感器的振荡 结构提供动力。两支可移动的 夹臂通过电刷控制，如上图所示。其驱动臂长400μm，伸展臂长100 μm。通过独立的开启与闭合驱动，施加30V以下的电压于电刷驱动时，夹具产生5μm的移动。 4、微探针 用一个悬臂樑接触并扫描穿过样本表面可测取表面形状，这就是原子显微镜的原理。该仪器要求有尖头的、小弹性常数和高谐振频率的机械结构。而这类悬臂产品具有很好的可再生性特点，压电特性、电容变化和压阻感应技术都可用于感知探针顶尖的偏移。下页图分别为其结构与图像。 一个实际探针结构的例子：探针总长175μm，尖端部分75μm，探针宽度90μm，该结构计算的弹性常量4N/m。 原子显微镜探针可用来测量深度为270?、以6.5μm为间隔的二氧化硅栅格。该类装置在剖面和集成电路的检验探测中是非常有用的。 5、微镜面 数字型微镜面作为显示装置，如 图所示。微镜面元是两个薄的柱支撑 铰链悬挂的铝制镜面，这种适应性铰 链可在任意方向旋转10