CH13新型传感器传感器与检测技术第2版胡向东授课教案
传感器与检测技术第二版胡向东著第二章 传感器的基本特性讲义
其中：
y — 输出量；
x — 输入量；
a0 — 零点输出； a1 — 理论灵敏度； a2,a3…an — 非线性项系数
静态特性曲线需要进行线性化处理
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在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线 拟合的方法来线性化。
采用直线拟合的方法来线性化时，输入—输出 的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，称为非
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解： ①理论线性度：
L
Lm a x yFS
100 %
0.2 12.05
100 %
1.66%
②端点线性度： y 1.97x 0.23
由两端点做拟合直线
中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.08
所以，
L
Lm a x yFS
100 %
0.17 12.05
100 %
1.41%
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线性度 精度 灵敏度 迟滞 重复性 分辨率 稳定性 可靠性
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一、线性度
传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系
曲线偏离理想直线的程度，又称为非线性误差。在不考
虑迟滞、蠕变等因素的情况下，其静态特性可用下列多
项式代数方程来表示：
y a0 a1x a2 x2 ... anxn
可靠度R(t) 完成规定功能的概率P(T>t) 可靠寿命
失效率(t) 在t时刻后单位时间发生失效的概率
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2.2 传感器的动态特性
传感器对随时间变化的输入量的响应特性（测量 值大小、变化规律）
周期复 正杂 弦
传感器与自动检测技术 胡向东 教案
传感器与自动检测技术胡向东教案传感器与自动检测技术胡向东教案1. 介绍传感器与自动检测技术的背景和意义1.1 传感器的定义和作用传感器是一种能够感知和测量物理、化学或生物量的设备，广泛应用于各个领域，包括工业制造、医疗健康、环境监测等。
1.2 自动检测技术的定义和作用自动检测技术是通过传感器等装置实现对目标对象的实时、连续、准确检测和监测的技术，能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量等。
1.3 传感器与自动检测技术的决定因素传感器与自动检测技术的发展受到多个因素的影响，包括科技进步、市场需求、应用场景等。
2. 传感器与自动检测技术的分类与原理2.1 传感器的分类2.1.1 按测量物理量分类：温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
2.1.2 按传感原理分类：电学传感器、光学传感器、磁性传感器等。
2.2 自动检测技术的原理自动检测技术的实现主要通过传感器的感知获得目标对象的相关信息，并通过算法处理和分析实现对目标对象状态的判断和检测。
3. 传感器与自动检测技术的应用领域3.1 工业制造领域3.1.1 生产过程监测与控制传感器与自动检测技术可以实时监测和控制生产过程中的参数和状态，提高生产效率和产品质量。
3.1.2 安全监测与预警通过传感器与自动检测技术可以及时检测和预警生产环境中的异常情况，保障工作人员的安全。
3.2 医疗健康领域3.2.1 生命体征监测传感器与自动检测技术可以实时监测和记录患者的生命体征数据，为医疗诊断和治疗提供依据。
3.2.2 健康管理与远程监护通过传感器与自动检测技术可以实现对个人的健康状态进行实时监测和管理，并能够实现远程医疗服务。
3.3 环境监测领域3.3.1 空气质量监测传感器与自动检测技术可以实时监测和评估大气中的污染物浓度，为环境保护提供数据支持。
3.3.2 水质监测通过传感器与自动检测技术可以对水体的PH值、溶解氧含量等关键参数进行实时监测和评估。
4. 传感器与自动检测技术的挑战与发展趋势4.1 挑战4.1.1 技术问题传感器与自动检测技术在应对复杂环境、多参数检测等方面仍存在一定难题。
传感器与检测技术第2版教学大纲作者胡向东实验指导.doc
“传感器与检测技术”实验指导书1实验教学大纲一、适用专业：口动化、测控技术与仪器、电气工程与口动化、机械设计制造及其口动化等专业二、地位、作用和任务《传感器与检测技术》课程属于适用专业大学本科学生的必修专业基础课程。
传感器具有检测某种变量并把检测结果传送出去的功能，它们广泛应用于牛产实践和科学研究小，是获取、处理、传送各种信息的基本元件。
特别是现代大规模工业生产，儿乎全都依靠各种控制仪表或计算机实现口动控制，为保证口动控制系统的正常运行，必须随时随地把生产过程的各种变最提供给控制仪表或计算机。
要想正确及时地掌握生产过程或科研对象的各种信息, 就必须具备传感器与检测技术方面的知识。
本部分旨在以实验和课程设计的形式进一步加强学生対各类传感器与检测技术的原理与应用的深入理解，将理论与实践有机地结合起來，学以致用。
主要任务是：1、通过理论学习和实验操作，掌握各类传感器的棊木工作原理；2、了解各类传感器的特性和应用方法；3、学握基本的误差与测量数据处理方法。
三、教学基本要求通过传感器与检测技术实验的棊木训练，使学生在冇关传感器与检测技术的实验方法和实验技能方血达到下列要求：（1）能够自行或在教师的指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序；（2）能够学握常用传感器的性能、调试和使用方法；（3）能够通过实验完整学握各类传感器的基本工作原理；（4）能够在接受传感器与检测技术基本实验技能的训练后，进行开放性实验，以提高综合实验能力。
四、实验内容实验一金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较（验证）实验二差动变压器特性及应用（综合）实验三差动螺线管电感式传感器特性（设计）实验四差动变面积式电容传感器特性（验证）实验五压电加速度传感器特性及应川（验证）实验六磁电式传感器特性（验证）实验七崔尔式传感器特性（验证）实验八热敏电阻测温特性（设计）实验九光纤位移传感器特性及应川（验证）实验十汽车防撞报警系统设计（设计）五、实验教材主要教材：《传感辭与检测技术学习指导（实验部分）》六、考核方法根据实验操作效果、实验态度、实验报告撰写结果等进行综合评定。
CH13新型传感器传感器与检测技术第2版胡向东授课教案
第13章新型传感器（知识点）知识点1 智能传感器智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断、量程自动转换、漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。
与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地结合在一起，充分利用微处理器进行数据分析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，从而具有了一定的人工智能，弥补了传统传感器性能的不足，使采集的数据质量得以提高。
13.1.1 智能传感器的特点与传统传感器相比，智能传感器有以下持点:（1）精度高（2）高可靠性与高稳定性（3）高信噪比与高分辨率（4）自适应性强（5）性能价格比高13.1.2 智能传感器的作用一般来说，智能传感器具有以下三方面的作用。
（1）提高测量精度（2）增加功能（3）提高自动化程度13.1.4 智能传感器的实现（1）集成化实现（2）非集成化实现（3）混合实现知识点2 模糊传感器出现于20世纪80年代末，近年迅速发展起来的模糊传感器是在传统数据检测的基础上，经过模糊推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形式输出测量结果的一类智能传感器。
显然，模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语言符号的产生及其处理。
模糊传感器的“智能”之处在于：它可以模拟人类感知的全过程，核心在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性。
它不仅具有智能传感器的一般优点和功能，而且还具有学习推理的能力，具有适应测量环境变化的能力，并且能够根据测量任务的要求进行学习推理。
另外，模糊传感器还具有与上级系统交换信息的能力，以及自我管理和调节的功能。
模糊理论应用于测量中的主要思想是将人们在测量过程中积累的对测量系统及测量环境的知识和经验融合到测量结果中，使测量结果更加接近人的思维。
模糊传感器由硬件和软件两部分构成。
模糊传感器的突出特点是其具有丰富强大的软件功能。
模糊传感器与一般的基于计算机的智能传感器的根本区别在于它具有实现学习功能的单元和符号产生、处理单元，能够实现专家指导下的学习和符号的推理及合成，从而使模糊传感器具有可训练性。
传感器与自动检测技术 胡向东 教案
传感器与自动检测技术胡向东教案一、教学目标1.了解传感器的基本原理和分类；2.掌握传感器在自动检测技术中的应用；3.能够分析传感器的特点和优缺点，选择合适的传感器应用于实际工程中。
二、教学内容1.传感器基本原理和分类；2.自动检测技术中的传感器应用；3.传感器特点分析及选择方法。
三、教学重难点1.重点：掌握传感器在自动检测技术中的应用；2.难点：分析传感器的特点和优缺点，选择合适的传感器应用于实际工程中。
四、教学方法1.讲授法：介绍传感器的基本原理和分类，以及在自动检测技术中的应用；2.案例分析法：通过实际案例分析，让学生深入了解不同类型传感器的特点和优缺点，并选择合适的传感器应用于实际工程中。
五、教学过程【第一部分】一、引入（5分钟）老师简单介绍什么是传感器，并且激发学生对于该课程内容的兴趣。
二、知识讲解（20分钟）1.传感器基本原理和分类（1）传感器的定义（2）传感器的基本原理（3）传感器的分类2.自动检测技术中的传感器应用（1）自动化生产线上的应用（2）智能家居中的应用（3）智能交通系统中的应用【第二部分】三、案例分析（30分钟）1.温度传感器和光电传感器在智能家居中的应用；2.压力传感器和声音传感器在自动化生产线上的应用；3.红外线传感器和超声波传感器在智能交通系统中的应用。
四、总结归纳（5分钟）老师对于今天所学习到内容进行总结，让学生更好地理解该课程内容。
【第三部分】五、练习与答疑（10分钟）老师针对学生提出问题进行解答，并且让学生进行简单练习，巩固所学知识。
六、作业布置（5分钟）老师布置作业：要求同学们选择一个实际工程，分析该工程需要使用哪种类型的传感器，并且写出具体实现方案。
六、教学评价标准：1.掌握传感器的基本原理和分类；2.了解传感器在自动检测技术中的应用；3.能够分析传感器的特点和优缺点，选择合适的传感器应用于实际工程中。
七、教学资源1.教材：《传感器技术与应用》（第二版）；2.多媒体课件：PPT课件。
传感器与检测技术第2版教学课件ppt作者胡向东第8章
热敏电阻的温度特性；8.1 热电偶传感器 1. 热电偶测温原理热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。
热电势、热电偶、热电极热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端）接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接）可表示为(T,T ，热电偶的热电势可表示为：)()AB e T 0()AB e T•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关S型(铂铑10-铂)热电偶分度表0t t ：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。
AB (,)(t t E t ==测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路中间温度定律的应用•根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体A′和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。
•该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。
在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。
标准导体（电极）定律000t t －标准导体定律的意义⏹通常选用高纯铂丝作标准电极⏹只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。
例子⏹热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为－4.0mV，则镍铬和考铜组成的热电偶所产生的热电动势应为：⏹2.95－(－4.0)=6.95(mV) 均质导体定律由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。
即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。
意义：有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀性。
9.1.2 热电偶的结构与种类•普通型热电偶•特殊热电偶－铠装型热电偶－薄膜热电偶等。
传感器与检测技术第二版胡向东著.
（4-2）
气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁 路磁损， 则磁路总磁阻为
L1 L2 2 Rm 1 A1 2 A2 0 A0
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（4-3）
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通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
2 l1 0 A0 1 A1 2 l2 0 A0 2 A2
• 衔铁移：
L L0 非线性部分 0 0
2 3
• 衔铁下移：
L － － L0 非线性部分 0 0
2 3
• 无论衔铁上移或下移，非线性都将增大。故实际应用 中广泛采用差动式结构。
2 L L0 1 0 0 0 2 L 1 L0 0 0 0
(4-10)
(4-11)
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4.1 变磁阻电感式传感器 4.1.1 工作原理
变磁阻电感式传感器是把被测量的变化通过磁阻的 变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成
电压或电流输出。
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线圈中电感量可由下式确定：
N L I I
（4-1）
根据磁路欧姆定律： IN Rm 式中, Rm为磁路总磁阻。
3
（4-12）
（4-13）
对式（4-11）、（4-13）作线性处理，即忽略高次项后，可得
L L0 0
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（4-14）
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灵敏度为
L L0 1 K 0
《传感器与检测技术(第2版)》胡向东 第9章
光纤传感器
它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检测对象， 被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或送到光接收器，经接收解调后变 成电信号。
特点
光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高 精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强 （不受电磁辐射影响，本身也不辐射电磁波）、 可实现非接触式测量等特点 可以直接检测光信号，间接测量温度、压力、 位移、速度、加速度等 其发展速度快、应用范围广，具有很大的应用 潜力
第9章
光电式传感器
知识单元与 知识点 能力点
光电式传感器的类别、基本形式； 光电器件及其基本特性； CCD图像传感器的工作原理、分类、特性参数与应用； 光纤的传光原理、光纤的主要特性、光纤传感器的组成、分类与应用； 光电式编码器（码盘式、脉冲盘式）的结构、工作原理与应用； 计量光栅的结构、组成、工作原理与应用。 深入理解光电效应、内光电效应、外光电效应、亮电阻、暗电流、全反射、数值孔径、粗误 差、莫尔条纹、辨向与细分等基本概念； 了解光电式传感器的类别、基本形式；
指光敏电阻的光电流I和光照强度之间的关 系
I mA
5 4 3 2 1
0
1000
2000
lx
光敏电阻的光照特性
光谱特性
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系。即光敏电阻对 入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光 有不同的灵敏度。
光敏电阻的光谱特性
频率特性
光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电 阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表 示，对应着不同材料的频率特性。 时间常数：光敏电阻自停止光照起到电流下降为原来的63% 所需要的时间。 硫化铅 1 00 时间常数越小，响应越快。
传感器与检测技术课件教学配套课件下载作者胡向东检测与控制检测与控制56.docx
《检测与控制》课程主要参考书：卢本、魏华胜主编，《检测与控制工程基础》，机械工业出版社，2001年7月。
学时安排：总40学时，其中，讲课34学时，实验6学时。
第一部分检测技术（史玉升老师，1~4章，共四章。
讲课14学时）第二部分自动控制技术（樊自田老师，5~8章。
讲课18学时，总复习2学时。
）主要参考书：（同上）其它参考书：（1）秦养浩主编，《自动控制原理》，1992年3月，安徽教育出版社。
（2）任哲主编，《自动控制原理》，1997年8月，冶金工业出版社。
（3）孙亮、杨鹏主编：《自动控制原理》，1999年9月，北京工业大学出版社。
几点说明：平时成绩30-40% （到课情况、作业、实验等），课程结束考试60-70% （闭卷）。
第五章自动控制系统理论基础第一节基本概念_、概述：1、引言：自动控制理论是自动控制技术的理论基础。
自动控制理论，一般可分为：古典控制理论、现代控制理论两大部分。
（1）古典控制理论古典控制理论以传递函数为基础，研究单输入、单输出一类自动控制系统的分析与设计。
它又有：时域分析法、根轨迹法、频率特征法等。
古典控制理论局限性：只适合于单输入、单输出的线性定常系统；对变系统、复杂的非线性系统和多输入、多输出系统无能为力。
(2)现代控制理论以矩阵理论为数学工具(即以现代计算机技术为依托)，建立在状态概念之上。
可满足现代控制系统中“控制任务更加复杂、控制精度要求越来越高”的要求。
现代控制理论适合于：多输入、多输出系统，线性、非线性系统，定常、时变系统。
(3)现代控制理论的新发展模糊控制、自适应控制、预见性控制等。
2、自动控制与自动控制系统(1)定义自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制装置对被控对象进行控制，使其某些物理量能自动地按照人们所预定的规律变化，以满足人们的使用要求。
自动控制系统：由被控对象和对其实行自动控制的一些装置组成的系统。
(2)自动控制系统举例举例一：液位自动控制系统举例二：电炉炉温自动控制系统3、自动控制系统中常用的术语为了便于研究和讨论，共同确定一些术语(详见参考书：93-94)(1) 被调量(或称输出量)： (2) 被控对象(或简称对象)： (3) 给定值(或称给定信号)： (4) 扰动(或称干扰)： (5) 输入量：(6) 反馈：有正反馈、负反馈之分，自动控制系统中主要应用负反馈。
传感器与检测技术第2版教学大纲作者胡向东参考答案第4章电感式传感器.doc
第4章电感式传感器一、单项选择题二、多项选择题三、填空题14线圈；铁芯；衔铁；变压器式交流电桥；谐振式测量电路变磁阻式传感器15变隙式；变面积式；螺线管式；线圈互感量；螺线管式差动变压器16调频；调幅电涡流电感式传感器17振幅测量；转速测量；无损探伤电涡流电感式传感器18①增加变磁阻电感式传感器19绕组匝数；穿过线圈的磁通；磁阻差动变压器电感式传感器四、简答题变隙式差动变压器结构工作原理：假设：初级绕组计、，次级绕组和*2尹2評2。
两个初级绕组的同名端顺向串联，两个次级绕组的同名端则反相串联。
当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有空力二力力二匚，贝|J绕组々臼和伤臼间的互感虬少绕组"仏和伤b的互感叫,相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即&2a=&2b°由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压匕乔2尹2说。
当被测体有位移吋，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使互感a u a 工町，两次级绕组的互感电势宠3工&2『输出电压^o=e2a_e2b^0,即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。
知识点：差动变隙式电感传感器2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。
知识点：变隙式电感传感器3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。
如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性；另外，电源幅值的适当提高可以提鬲灵做度，但耍以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。
增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。
知识点：变隙式电感传感器4、答：差动变压器式传感器主耍有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。
差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性口J以反映出彼测物体位移的大小和方向。
螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的人小和方向。
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第13章新型传感器（知识点）
知识点1 智能传感器
智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断、量程自动转换、漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。
与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地结合在一起，充分利用微处理器进行数据分析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，从而具有了一定的人工智能，弥补了传统传感器性能的不足，使采集的数据质量得以提高。
13.1.1 智能传感器的特点
与传统传感器相比，智能传感器有以下持点:
（1）精度高
（2）高可靠性与高稳定性
（3）高信噪比与高分辨率
（4）自适应性强
（5）性能价格比高
13.1.2 智能传感器的作用
一般来说，智能传感器具有以下三方面的作用。
（1）提高测量精度
（2）增加功能
（3）提高自动化程度
13.1.4 智能传感器的实现
（1）集成化实现
（2）非集成化实现
（3）混合实现
知识点2 模糊传感器
出现于20世纪80年代末，近年迅速发展起来的模糊传感器是在传统数据检测的基础上，经过模糊推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形式输出测量结果的一类智能传感器。
显然，模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语言符号的产生及其处理。
模糊传感器的“智能”之处在于：它可以模拟人类感知的全过程，核心在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性。
它不仅具有智能传感器的一般优点和功能，而且还具有学习推理的能力，具有适应测量环境变化的能力，并且能够根据测量任务的要求进行学习推理。
另外，模糊传感器还具有与上级系统交换信息的能力，以及自我管理和调节的功能。
模糊理论应用于测量中的主要思想是将人们在测量过程中积累的对测量系统及测量环境的知识和经验融合到测量结果中，使测量结果更加接近人的思维。
模糊传感器由硬件和软件两部分构成。
模糊传感器的突出特点是其具有丰富强大的软件功能。
模糊传感器与一般的基于计算机的智能传感器的根本区别在于它具有实现学习功能的单元和符号产生、处理单元，能够实现专家指导下的学习和符号的推理及合成，从而使模糊传感器具有可训练性。
经过学习与训练，使得模糊传感器能适应不同测量环境和测量任务的要求。
13.2.1 模糊传感器概述
（1）模糊传感器的概念
目前，模糊传感器尚无严格统一的定义，但一般认为模糊传感器是以数值测量为基础，并能产生和处理与其相关的测量符号信息的装置，即模糊传感器是在经典传感器数值测量的基础上经过模糊推理与知识集成，以自然语言符号的描述形式输出的传感器。
具体地说，将被测量值范围划分为若干个区间，利用模糊集理论判断被测量值的区间，并用区间中值或相应符号进行表示，这一过程称为模糊化。
对多参数进行综合评价测试时，需要将多个被测量值的相应符号进行组合模糊判断，最终得出测量结果。
模糊传感器的一般结构如图13.9所示。
信息的符号表示与符号信息系统是研究模糊传感器的核心与基石。
图13.9 模糊传感器的一般结构
（2）模糊传感器的基本功能
模糊传感器作为一种智能传感器，具有智能传感器的基本功能，即学习、推理、联想、感知和通信功能。
知识点3 微传感器
13.3.1 MEMS与微加工
完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件或系统。
其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。
MEMS系统的突出特点是其微型化，涉及电子、机械、材料、制造、控制、物理、化学、生物等多学科技术，其中大量应用的各种材料的特性和加工制作方法在微米或纳米尺度下具有特殊性，不能完全照搬传统的材料理论和研究方法，在器件制作工艺和技术上也与传统大器件（宏传感器）的制作存在许多不同。
对于一个微机电系统来说，通常具有以下典型的特性：（1）微型化零件；（2）由于受制造工艺和方法的限制，结构零件大部分为二维的、扁平零件；（3）系统所用材料基本上为半导体材料，但也越来越多地使用塑料材料；（4）机械和电子被集成为相应独立的子系统，如传感器、执行器和处理器等。
对于微机电系统，其零件的加工一般采用特殊方法，通常采用微电子技术中普通采用的对硅的加工工艺以及精密制造与微细加工技术中对非硅材料的加工工艺，如蚀刻法、沉积法、腐蚀法、微加工法等。
这里简要介绍MEMS器件制造中的三种主流技术。
（1）超精密加工及特种加工
以日本为代表，利用传统的超精密加工以及特种加工技术实现微机械加工。
微机电系统中采用的超精密加工技术多是由加工工具本身的形状或运动轨迹来决定微型器件的形状。
这类方法可用于加工三维的微型器件和形状复杂、精度高的微构件。
其主要缺点是装配困难、与电子元器件和电路加工的兼容性不好。
（2）硅基微加工
以美国为代表，分为表面微加工和体微加工。
表面微加工以硅片作基片，通过淀积与光刻形成多层薄膜图形，把下面的牺牲层经刻蚀去除，保留上面的结构图形的加工方法。
在基片上有淀积的薄膜，它们被有选择地保留或去除以形成所需的图形。
薄膜生成和表面牺牲层制作是表面微加工的关键。
薄膜生成通常采用物理气相淀积和化学气相淀积工艺在衬底材料上制作而成。
表面牺牲层制作是先在衬底上淀积牺牲层材料，利用光刻形成一定的图形，然后淀积作为机械结构的材料并光刻出所需的图形，再将支撑结构层的牺牲层材料腐蚀掉，从而形成悬浮的、可动的微机械结构部件。
体微加工技术是为制造微三维结构而发展起来的，是按照设计图在硅片（或其他材料）上有选择地去除一部分硅材料，形成微机械结构。
体微加工技术的关键技术是蚀刻，通过腐蚀对材料的某些部分有选择地去除，使被加工对象显露出一定的几何结构特征。
腐蚀方法分为化学腐蚀和离子腐蚀（即粒子轰击）。
（3）LIGA技术
以德国为代表，LIGA是德文“光刻(Lithograpie)”、“电铸(Galvanoformung)”、“塑铸(Abformung)”三个词的缩写。
LIGA技术先利用同步辐射X射线光刻技术光刻出所需要的图形，然后利用电铸成型方法制作出与光刻图形相反的金属模具，再利用微塑铸形成深层微结构。
LIGA技术可以加工各种金属、塑料和陶瓷等材料，其优点是能制造三维微结构器件，获得的微结构具有较大的深宽比和精细的结构，侧壁陡峭、表面平整，微结构的厚度可达几百乃至上千μm。
13.3.2 微传感器概述
随着MEMS技术的迅速发展，作为微机电系统的一个构成部分的微传感器也得到长足的发展。
微传感器是利用集成电路工艺和微组装工艺，基于各种物理效应的机械、电子元器件集成在一个基片上的传感器。
微传感器是尺寸微型化了的传感器，但随着系统尺寸的变化，它的结构、材料、特性乃至所依据的物理作用原理均可能发生变化。
与一般传感器（即宏传感器）比较，微传感器具有以下特点：
（1）空间占有率小。
（2）灵敏度高，响应速度快。
（3）便于集成化和多功能化。
（4）可靠性提高。
（5）消耗电力小，节省资源和能量。
（6）价格低廉。
知识点4 网络传感器
13.4.1 网络传感器的概念
网络传感器是指传感器在现场级实现网络协议，使现场测控数据能够就近进入网络传输，在网络覆盖范围内实时发布和共享。
简单地说，网络传感器就是能与网络连接或通过网络使其与微处理器、计算机或仪器系统连接的传感器。
图13.35所示为网络传感器基本结构图，网络传感器主要是由信号采集单元、数据处理单元及网络接口单元组成。
这三个单元可以采用不同芯片构成合成式的，也可是单片式结构。
图13.35 网络传感器基本结构
网络传感器的核心是使传感器本身实现网络通信协议。
目前，可以通过软件方式或硬件方式实现传感器的网络化。
软件方式是指将网络协议嵌入到传感器系统的ROM中；硬件方式
是指采用具有网络协议的网络芯片直接用做网络接口。
13.4.2 网络传感器的类型
网络传感器研究的关键技术是网络接口技术。
网络传感器必须符合某种网络协议，使现场测控数据能直接进入网络。
由于工业现场存在多种网络标准，因此也随之发展起来了多种网络传感器，具有各自不同的网络接口单元类型。
目前，主要有基于现场总线的网络传感器和基于以太网（Ethernet）协议的网络传感器两大类。
目前，测控系统的设计明显受到计算机网络技术的影响，基于网络化、模块化、开放性等原则，测控网络由传统的集中模式转变为分布模式，成为具有开放性、可互操作性、分散性、网络化、智能化的测控系统。
测控网络具有与信息网络相似的体系结构和通信模型。
TCP/IP协议和Internet网络成为组建测控网络，实现网络化的信息采集、信息发布、系统集成的基本技术依托。