微机械电子系统及其应用

第1章微机电系统的组成和应用
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
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
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?SiSi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
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
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?位平衡式硅电容加速度微传感器149
5.5?硅谐振式角速率微传感器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
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
参考文献192