微機械變換裝置

1. 常見的感測器有哪些類型

感測器（英文名稱：/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，並能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
感測器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。感測器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
國家標准GB7665-87對感測器下的定義是：「能感受規定的被測量並按照一定的規律(數學函數法則)轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成」。
中國物聯網校企聯盟認為，感測器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。」
「感測器」在新韋式大詞典中定義為：「從一個系統接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統中的器件」。[1]
主要作用
人們為了從外界獲取信息，必須藉助於感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要感測器。因此可以說，感測器是人類五官的延長，又稱之為電五官。
新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取准確可靠的信息，而感測器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。
在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種感測器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，並使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的感測器，現代化生產也就失去了基礎。
在基礎學科研究中，感測器更具有突出的地位。現代科學技術的發展，進入了許多新領域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達數十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應。此外，還出現了對深化物質認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的感測器是不可能的。許多基礎科學研究的障礙，首先就在於對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測感測器的出現，往往會導致該領域內的突破。一些感測器的發展，往往是一些邊緣學科開發的先驅。
感測器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不誇張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，幾乎每一個現代化項目，都離不開各種各樣的感測器。
由此可見，感測器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發展。相信不久的將來，感測器技術將會出現一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。
主要特點
感測器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化，它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業，從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統（MEMS）技術基礎上的，已成功應用在硅器件上做成硅壓力感測器。

2. 什麼是MEMS技術

MEMS是微機械(微米/納米級)與IC集成的微系統，即具有智能的微系統，MEMS基於硅微加工技術但不僅限於它。簡單來說，MEMS就是對系統級晶元的進一步集成。我們幾乎可以在單個晶元上集成任何東西，像運動裝置、光學系統、發音系統、化學分析、無線系統及計算系統等，因此MEMS技術是一門多學科交叉的技術。MEMS器件價格低廉、性能優異、適用於多種應用，將成為影響未來生活的重要技術之一。
微電子機械繫統(MEMS)技術是建立在微米/納米技術（micro/nanotechnology）基礎上的21世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、製造、測量和控制的技術。它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統。
這種 微電子機械繫統不僅能夠採集、處理與發送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部的指令採取行動。它用微電子技術和微加工技術(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術)相結合的製造工藝，製造出各種性能優異、價格低廉、微型化的感測器、執行器、驅動器和微系統。 微電子機械繫統（MEMS）是近年來發展起來的一種新型多學科交叉的技術，該技術將對未來人類生活產生革命性的影響。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多學科。對 微電子機械繫統(MEMS)的研究主要包括理論基礎研究、製造工藝研究及應用研究三類。理論研究主要是研究微尺寸效應、微磨擦、微構件的機械效應以及微機械、微感測器、微執行器等的設計原理和控制研究等；製造工藝研究包括微材料性能、微加工工藝技術、微器件的集成和裝配以及微測量技術等；應用研究主要是將所研究的成果，如微型電機、微型閥、微型感測器以及各種專用微型機械投入實用。
微電子機械繫統（MEMS）的製造，是從專用集成電路（ASIC）技術發展過來的，如同ASIC技術那樣，可以用微電子工藝技術的方法批量製造。但比ASIC製造更加復雜，這是由於 微電子機械繫統（MEMS）的製造採用了諸如生物或者化學活化劑之類的特殊材料，是一種高水平的微米/納米技術。微米製造技術包括對微米材料的加工和製造。它的製造工藝包括：光刻、刻蝕、淀積、外延生長、擴散、離子注入、測試、監測與封裝。納米製造技術和工藝，除了包括微米製造的一些技術（如離子束光刻等）與工藝外，還包括利用材料的本質特性而對材料進行分子和原子量級的加工與排列技術和工藝等。 微電子機械繫統的製造方法包括LIGA工藝（光刻、電鍍成形、鑄塑）、聲激光刻蝕、非平面電子束光刻、真空鍍膜（濺射）、硅直接鍵合、電火花加工、金剛石微量切削加工。

3. 什麼是微機械加工

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機械加工是一種用加工機械對工件的外形尺寸或性能進行改內變的過程。按被加容工的工件處於的溫度狀態﹐分為冷加工和熱加工。一般在常溫下加工，並且不引起工件的化學或物相變化﹐稱冷加工。一般在高於或低於常溫狀態的加工﹐會引起工件的化學或物相變化﹐稱熱加工。冷加工按加工方式的差別可分為切削加工和壓力加工。熱加工常見有熱處理﹐煅造﹐鑄造和焊接。

就是不知道機械加工和微機械加工有什麼不同

4. 微機械陀螺儀的結構

微機械陀螺儀的設計和工作原理可能各種各樣，但是公開的微機械陀螺儀均採用振動物體感測角速度的概念。利用振動來誘導和探測科里奧利力而設計的微機械陀螺儀沒有旋轉部件、不需要軸承，已被證明可以用微機械加工技術大批量生產。
絕大多數微機械陀螺儀依賴於由相互正交的振動和轉動引起的交變科里奧利力。振動物體被柔軟的彈性結構懸掛在基底之上。整體動力學系統是二維彈性阻尼系統，在這個系統中振動和轉動誘導的科里奧利力把正比於角速度的能量轉移到感測模式。
通過改進設計和靜電調試使得驅動和感測的共振頻率一致，以實現最大可能的能量轉移，從而獲得最大靈敏度。大多數微機械陀螺儀驅動和感測模式完全匹配或接近匹配，它對系統的振動參數變化極其敏感，而這些系統參數會改變振動的固有頻率，因此需要一個好的控制架構來做修正。如果需要高的品質因子（Q），驅動和感應的頻寬必須很窄。增加1%的頻寬可能降低20%的信號輸出。(圖五(a)） 還有阻尼大小也會影響信號輸出。（圖五(b)）
（圖五）
一般的微機械陀螺儀由梳子結構的驅動部分（圖六）和電容板形狀的感測部分組成（圖八）。有的設計還帶有去驅動和感測耦合的結構。（圖九）
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5. 微機電系統中常用感測器有哪些

近年來，隨著汽車電子化、智能化和輕型化程度的不斷提高, 汽車產業對感測器的需求量也越來越大。同時, 汽車感測器作為信號轉換和獲取裝置, 對汽車安全性、經濟性、舒適性等性能的影響也越來越重要。
微機電系統將微電子技術和精密機械加工技術融合在一起,，實現微電子與機械繫統的一體化。微機電系統感測器是採用微電子和微機械加工技術製造出來的新型感測器, 其體積和能耗小, 可實現許多全新的功能, 便於大批量和高精度生產, 單件成本低,易構成大規模和多功能陣列, 這使得他們非常適合於汽車方面的應用。根據NEXU S在2009年的市場研究可知, 汽車上採用的感測器中大約1 /3 感測器採用的是微機電系統感測器, 並且汽車越高級, 採用的微機電系統感測器越多。
目前, 微機電系統感測器主要有壓力感測器、微加速度計、微機械陀螺、靜電電動機、磁力矩器、多路轉換開關和矩陣開關等。汽車上的微機電系統感測器主要應用於發動機運行管理、車輛動力學控制、自適應導航、車輛行駛安全系統、車輛監護和自診斷等方面。
微機電系統感測器按照測量性質可以分為物理微機電系統感測器、化學微機電系統感測器、生物微機電系統感測器。物理微機電系統感測器是汽車上採用得最為普遍的感測器, 基本上在汽車電子控制的各個方面都有涉及; 化學微機電系統感測器主要是指測量汽車系統中氣體成分的氣體感測器; 生物微機電系統感測器更多地應用於預測駕駛疲勞等汽車行駛安全領域。

6. 微機電系統的概念解析

MEMS全稱Micro Electromechanical System，微機電系統。是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統。主要由感測器、作動器（執行器）和微能源三大部分組成。微機電系統涉及物理學、半導體、光學、電子工程、化學、材料工程、機械工程、醫學、信息工程及生物工程等多種學科和工程技術，為智能系統、消費電子、可穿戴設備、智能家居、系統生物技術的合成生物學與微流控技術等領域開拓了廣闊的用途。常見的產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS壓力感測器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度感測器等以及它們的集成產品。
MEMS是一個獨立的智能系統，可大批量生產，其系統尺寸在幾毫米乃至更小，其內部結構一般在微米甚至納米量級。例如，常見的MEMS產品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小。
微機電系統在國民經濟和軍事系統方面將有著廣泛的應用前景。主要民用領域是電子、醫學、工業、汽車和航空航天系統。
概括起來，MEMS具有以下幾個基本特點，微型化、智能化、多功能、高集成度和適於大批量生產。MEMS技術的目標是通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統。 MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等。其研究內容一般可以歸納為以下三個基本方面： 1．理論基礎： 在當前MEMS所能達到的尺度下，宏觀世界基本的物理規律仍然起作用，但由於尺寸縮小帶來的影響（Scaling Effects），許多物理現象與宏觀世界有很大區別，因此許多原來的理論基礎都會發生變化，如力的尺寸效應、微結構的表面效應、微觀摩擦機理等，因此有必要對微動力學、微流體力學、微熱力學、微摩擦學、微光學和微結構學進行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學科的學者進行基礎研究。2. 技術基礎研究：主要包括微機械設計、微機械材料、微細加工、微裝配與封裝、集成技術、微測量等技術基礎研究。3. 微機械在各學科領域的應用研究。
美國已研製成功用於汽車防撞和節油的微機電系統加速度表和感測器，可提高汽車的安全性，節油10%。僅此一項美國國防部系統每年就可節約幾十億美元的汽油費。微機電系統在航空航天系統的應用可大大節省費用，提高系統的靈活性，並將導致航空航天系統的變革。在軍事應用方面，美國國防部高級研究計劃局正在進行把微機電系統應用於個人導航用的小型慣性測量裝置、大容量數據存儲器件、小型分析儀器、醫用感測器、光纖網路開關、環境與安全監測用的分布式無人值守感測等方面的研究。該局已演示以微機電系統為基礎製造的加速度表，它能承受火炮發射時產生的近10.5個重力加速度的沖擊力，可以為非制導彈葯提供一種經濟的制導系統。設想中的微機電系統的軍事應用還有：化學戰劑報警器、敵我識別裝置、靈巧蒙皮、分布式戰場感測器網路等。

7. 機械設計與機電一體化

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8. 半導體功率變換裝置有那些

7月14日本發明涉及適合於對大電流進行切換(switching)控制的半導體裝置以及使用該半導體裝置的功率變換裝置。 背景技術: 近年來,地球變暖成為世界共同的重...

9. 微機械陀螺儀的定義

但是微機械陀螺儀的工作原理不是這樣的，因為要用微機械技術在矽片襯底上加工出一個可轉動的結構可不是一件容易的事。微機械陀螺儀利用科里奧利力——旋轉物體在有徑向運動時所受到的切向力。下面是導出科里奧利力的方法。有力學知識的讀者應該不難理解。
在空間設立動態坐標系（圖一）。用以下方程計算加速度可以得到三項，分別來自徑向加速、科里奧利加速度和切向加速度。
如果物體在圓盤上沒有徑向運動，科里奧利力就不會產生。因此，在MEMS陀螺儀的設計上，這個物體被驅動，不停地來回做徑向運動或者震盪，與此對應的科里奧利力就是不停地在橫向來回變化，並有可能使物體在橫向作微小震盪，相位正好與驅動力差90度。（圖二）MEMS陀螺儀通常有兩個方向的可移動電容板。徑向的電容板加震盪電壓迫使物體作徑向運動（有點象加速度計中的自測試模式），橫向的電容板測量由於橫向科里奧利運動帶來的電容變化（就象加速度計測量加速度）。因為科里奧利力正比於角速度，所以由電容的變化可以計算出角速度。
圖三是2軸MEMS陀螺儀。它採用了閉合迴路、數字輸出和感測器晶元跟ASIC晶元分開平放連線的封裝方法。來自（BOSCH SMG 070原理圖）

10. 微型機械都有哪些特點

微型機械是指集微型機構、微型感測器、微型執行器、微型驅動器、信號處理系統、電子控制電路以及介面和通訊器件等於一體的幾何尺寸極小的微型機電一體化產品。它以毫米甚至微米作為度量單位，必須藉助於專用裝置才能觀察其工作狀況。微型機械的含義十分廣泛，在科技界，它們統稱「微機械」或「微型機械」。
微型機械與一般的機械相比，不僅是體積的縮小，而且在力和運動原理方面、材料特性、加工、測量和控捌方面上都將發生很大的變化，具有以下明顯的特點：
(1)在微型機械中，所有幾何變形是如此之小(分子級)，以致於結構內應力與應變之間的線性關系(虎克定律)已不存在；
(2)一般機械中，摩擦副表面受較大的壓力，使局部表面產生塑性變形：在微型機械中，由於運動質量很小，因而產生的壓力也很輕，表面形變在彈性范圍之內。此時，摩擦表面的摩擦力主要是由於表面之間的分子相互作用力而引起的，再不是由於載荷壓力引起的。研究微型機拭中的摩擦，就要研究零、部件表面原子和分子層的性質，即所謂「微摩擦」研究微摩擦的且的，就是在壓力和質量小的條件下獲得無磨損的條件；
(3)在微型機械中，大量地用到各種各樣的薄膜材料。薄膜的厚度一般在幾十納米到幾十微米這些薄膜材料的機械、物理特性與宏觀尺寸(和幾個毫米或更大相比)相同的材料的特性有著很大的差別，其加工、製作方法也與大塊材料不一樣。比如，硅材料在宏觀尺寸上給人的感覺是脆性，材料強度很低。但在薄膜狀態，它確具有很高的韌性，並且不像金屬材料那樣會產生疲勞破壞；再如，壓電材料製成薄膜後，其機、電性能都較塊體的壓電材料有明顯的提高。種種跡象表明：當材料絕對尺寸減小到一定程度時，材料的許多性能將產生巨大變化，有些甚至是質的變化。傳統的關於材料的研究的各種理論和方法，已不完全適合於饊材料特性的研究。因此有必要從微型機械應用角度重新認識、發展和完善傳統的材料科學；
(4)微型機械的加工方法，不同於傳統的機械加工方法。目前常規的微型機械製作，主要靠硅技術。由於硅結晶方向的限制，這種常規微結構製作僅限於平面型結構。德國卡爾斯魯厄核研究中心微結構研究所發展了一種技術——LIGA(德文Lithographie，Galvanoforming，Abfovmung的縮寫)技術，該技術包括三個工藝過程：深層同步輻射x射線光刻、電鑄和模鑄成型。它可進行三維任意方向幾何形狀微結構的製作，其結構高度達數百微米，最小尺寸為1m，被加工的材料可以是塑料金屬及陶瓷或這些材料的組合。LIGA技術製作微結構較硅技術有一個很大的飛躍，突破了傳統平面工藝，為微型機械的製作提供了新的技術手段；
(5)微型機械的發展要求人們能夠實現原子級尺寸微結構的分辨與加工能力，也就是具備納米級的檢測和控制技術。為此，產生了一系列新原理的檢測和控制技術，其中最典型的代表就是8O年代由美國人發明的掃描隧道顯微鏡。這些技術涉及科學領域多種多樣，絕對不是某一專業的人所能全面掌握和了解的，但它們的確是微型機械研究的基礎。
此外，從使用的角度而講，微型機械還有以下特點口一：由於它以硅材料為主，其機械性能優良，如強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近銅和鎢，地球表面有28％的石英，幾乎是取之不盡；由於它的尺寸、體積、質量和慣性小，諧振頻率高、響應快、耗能低、性能穩定，有利於大批量生產，降低成本}它的結構可以復舍，可做成微感測器列陣、多徽執行器系統，甚至更復雜的微系統；將微感測器、微執行器、鐓處理器等集成在一塊晶元上構成高可靠性微型機電系統，具有信號處理和控制功能；通過微型化、集成化可以探索新的原理，新功能的元件和系統，將開辟一個新技術領域，形成批量化產業。