柔性薄膜线圈式角速度传感技术的研究

摘要

本设计主要研究的是一种以薄膜线圈为主要构件的新型的角速度传感器。文章重点在研究薄膜线圈的制备工艺。其中涉及到了MEMS技术的发展现状和基本工艺，薄膜材料的发展现状和几种典型的制备薄膜的方法。并且简单介绍了薄膜线圈式角速度传感器在飞行体角速度测量中的应用，通过运用电磁感应原理，对飞行体角速度的测量进行了理论分析。

关键词：MEMS、薄膜线圈、角速度传感器、地磁

ABSTRACT

This design mainly studies a new-style angle velocity sensor which takes the thin-film coil as the main part. The emphases of this article is study the making technology of the thin-film coil. The developments and the basic technics of MEMS technology; as well as the developments of the thin-film materials and several typical methods to prepare them is involved in this article. It also introduces the application of the thin-film coil angle velocity sensor in the measure of flying body’s angle velocity; and through making use of the theory of electromagnetism induction to analyse the measure method .

Keywords: MEMS, Thin-film coil, Angle Velocity Sensor, magnetism

目录

0 引言 (1)

1 绪论 (2)

1.1 分析课题题目 (2)

1.2 课题研究的目的和意义 (2)

1.3 传感器的国内外发展现状 (2)

2 传感器技术研究概况 (6)

2.1 传感器的定义 (6)

2.2 传感器的分类 (6)

2.3 角速度传感器原理与应用 (6)

3 MEMS技术的运用 (10)

3.1 MEMS的基本概况 (10)

3.2 MEMS技术的发展现状 (10)

3.3 MEMS技术对传感器发展的巨大推动作用 (12)

3.4 MEMS的研究 (13)

3.5 MEMS基本加工工艺 (14)

3.6 本课题中MEMS技术的运用 (15)

4 薄膜材料的发展概况及简单介绍 (16)

4.1 薄膜材料科学与技术发展特点 (16)

4.2 薄膜材料有薄膜技术的发展现状 (16)

4.3 薄膜材料的特性和制备方法概述 (17)

4.4 本设计中薄膜材料和薄膜加工技术的选定 (22)

5 薄膜线圈的制备 (23)

5.1 选材分析 (23)

5.2 本设计中所用到的工艺技术简介 (23)

5.3 薄膜线圈的工艺流程 (28)

5.4 薄膜线圈在飞行体角速度测量中的应用 (29)

参考文献 (37)

致谢 (39)

英文资料翻译

英文资料原文

现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理。目前，信息传输与处理技术已取得突破性进展，然而传感器的发展相对滞后。在今天信息时代，各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性（如高温、高速、野外、地下、高空）要求越来越高，需要获取的信息量越来越多，它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求，而且需求信号远距离传输。显然，传统的传感器已很难满足要求，发展集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器技术的主流和方向。

传感器是把非电物理量（如位移、速度、加速度、温度、湿度、流量、声强、光强、光照度等）转换成电学量（如电压、电流等）的一种元件。作用原理不同，功能各异的形形色色探测器作为信息感知，捕获和探测的窗口，在信号探测与信息处理系统中起着极为重要的作用。与此同时在当前信息量激增和新的信息类型不断涌现的情况下，用于信号探测的传感器正面临许多新的问题和新的要求。在这种形势下，像光纤传感器、CCD传感器、红外传感器、生物传感器、遥控传感器、微波传感器、超导体传感器以及液晶传感器等许多新型传感器便应运而生，而这些新型传感器的出现反过来又极大的推动着信息技术的更快速发展。21世纪的先进传感器必须具备小型化、智能化和多功能化等优良特征。

为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器的性能指标（包括精确度、可靠性、灵敏度等）的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。

我的课题就是一种柔性薄膜线圈式角速度传感技术研究。这种传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、结构和工艺简单等突出优点，易于实现对飞行体角速度的测量；在航天航空和军事等许多方面都起着不可替代的作用[1]。

1.1分析课题题目

我研究的课题是柔性薄膜线圈式角速度传感技术研究。此课题涉及到了传感器的许多很前沿的技术。包括MEMS以及薄膜线圈等技术。课题所要研究的就是一种用薄膜线圈工艺制造的传感器以及它在飞行体角速度测量中的应用。文章主要讨论解决的就是薄膜线圈的制造工艺和成品对飞行体角速度的测量等问题。

1.2课题研究的目的和意义

目前，大多数使用的线圈都是直接用铜丝或铝丝等绕制而成的绕组线圈，当然它的成本很低，而且制作方法也比较简单。但它的匝数很难提高，而且体积也比较大，对于我们本次实验所遇到的弱磁场来说，用绕组线圈来切割磁感线，这样得到的信号就非常微弱，尽管我们最终也能测出，但误差比较大，所以研究一种新型的线圈是迫切之事。本课题研究是一种薄膜线圈，它是采用基本微机械加工工艺制作而成的，它具有体积小、重量轻、灵敏度高、结构和工艺简单等很多优点，是传统的绕组线圈所不及的。而且它的用途十分广泛，在各个领域都起着重要作用，尤其是在航空航天和军事等领域用途最广。目前，国内外很多厂商都已有成品的薄膜线圈上市，但价格还比较昂贵，但由于它优异的性能和广泛的用途，前景相当可观。

1.3传感器的国内外发展

随着科学技术的迅速发展和自动化程度的提高，作为获取外界信息重要工具的传感器越来越受到人们的重视，对其性能的要求越来越高，应用范围越来越宽，需求量也越来越大。80年代以来，国际上出现了“传感器热”，日本把传感器技术列为80年代10大技术之首，美国把传感器技术列为90年代关键技术之一。

我国从60年代开始传感器技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利和工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与