第5章 微传感器和微执行器(第2部分)

第5章 微传感器和微执行器 (第2部分)

化学机械传感器

有一些特殊的材料，比如某种聚合物，当 暴露在某种化学物质中的时候，其形状会发生 变化(包括湿度的改变)。我们可以通过测量 这种材料的尺寸变化来检测这种化学物质。

金属氧化物气体传感器

工作原理和化学电阻式传感器类似。 有些半导体金属，如SnO2,当吸收了某种 气体后可以改变自身的电阻。

微传感器的实例(7)——其它 微型触觉传感器 触觉传感器其敏感 元件直接与固体接 触。 荷兰Delft大学研 制的三维电容式触 觉传感器。

32 32个元件的压阻式敏感法向压力的触觉传感器。有1 到2 mV.cm2/Kg( 10到20 V/kPa)的灵敏度。

声波传感器

声波传感器的主要应用是测量气体中的化 学成分。这些传感器通过将机械能转化成电能 来产生声波。声波器件同样也用于在微流体系 统中驱动流体。这种传感器的激励能量主要由 以下两种机理来提供：压电效应和磁致伸缩效 应。然而，对于激励声波，前者应用更为普遍。

四种主要的声波传感器类型

微型红外传感器

红外传感器主要由隔热空腔及其上的热电堆、pn 结、热敏电阻等感温元件组成。

密西根大学研制的红外阵列传感器，敏感元件为375 m×375 m, 有32个n-p型多晶硅热电偶组成的热电堆，其灵敏度为30V/W 。

光纤敏感基于光线的敏感方式是利用光纤中光的相位和强度与光纤弯曲度、 光纤上的机械应力、温度等有关这一原理。

如果一段光纤是直的，光在其中会走过一段特定的光学路径。如果光 纤由于机械形变而产生弯曲，那么新的有效光学路径将导致光在光纤 末端输出时的相位和强度发生变化。

基于场效应晶体管(FET)传感的加速度 计晶体管工作原理：以 N性衬底为例，当没 有施加电压时，源区 和漏区之间几乎没有 电流；当施加足够大 的负电压后，就会形 成反形区，该反形区 被称为沟道，它帮助 电流顺利在源和漏之 间流动。

利用FET栅的位移敏感的加速度传感器加速度计的振动质量块是 FET的栅，从而栅与沟道之 间的距离与施加的加速度 有关，距离的变化将使晶 体管的阈值电压UT的值发 生变化。

射频谐振敏感——谐振式压力传感器平面螺旋电感覆盖在有低温共 烧陶瓷制成的压敏薄膜上。电 感的中央接触尺寸被有意放大， 使其能与对面的电极表面构成 一个可观的电容。如果压力发 生变化，薄膜将产生形变位移， 相应的电容值将发生变化。同 时电感值也会随着薄膜的弯曲 而改变。即谐振电路的谐振频 率与压力有关。

微执行器的概念微执行器：基于MEMS工艺的，能把电信号(电能)

转换为机械能等其它形式能量输出的器件，通常由 致动元件和传输元件组成。

MEMS微执行器原理框图

微执行器的概念自1982年静电微马达的研制成功至今，对微执 行器的研究工作正在深入。设计执行器的要求是 在动力源的驱动下能够完成需要的动作。因而， 在涉及到运动的微型系统中执行器十分重要。

微执行器的概念 微机械执行器是组成微机电系统的要素之 一。如，力学执行器是将电能或其它能量 转换为机械能。 理想的执行器应该是使用很少的能源，具 有很高的机械效率，对机械状态和环境条 件适应性强，需要时能产生高速运动，具 有高的能量-质量比，在控制信号与力、 扭矩和速度之间呈线性比例关系。