模块四单元三 微机电技术 - 副本

模块四现代制造机器人技术单元三微机电技术现代制造技术与检测学习目标知识目标了解微机电系统的材料与制造技术；掌握微机电系统的概念、特征、分类及测量等。能力目标能理解微机电系统的测量技术；能阐述微机电系统的概念、特征、分类。素养目标通过本单元的学习培养学生在学习过程中不断探索新方法、新技术，提升创新能力，培养精益求精、严谨细致的工匠精神。一、微机电系统概述•微机电系统（MEMS）是一种集成了微型机械、电子和计算机技术的系统•它通常由微机械元件、感应元件、电子元件和计算机控制单元组成，具有小型化、低功耗、高集成度、高精度等特点•本章节将对MEMS系统的发展历程、应用领域和未来发展进行阐述•MEMS系统的发展可以追溯到上世纪70年代，当时美国洛克希德公司的工程师成功制造了一种微型压力传感器图4-15MEMS在汽车领域的应用一、微机电系统概述•1995年，美国微电子机械系统产业联盟成立，标志着MEMS技术进入了成熟发展阶段•（1）汽车领域•MEMS系统在汽车领域应用广泛，如发动机控制、安全气囊、倒车雷达等。其中，倒车雷达是MEMS技术在汽车领域中的一项重要应用。倒车雷达通过利用MEMS传感器对车辆后方距离、障碍物距离和方位进行检测，从而提高车辆的安全性能，如图4-15所示。•图4-15MEMS在汽车领域的应用图4-16MEMS在医疗领域的应用一、微机电系统概述•MEMS系统在医疗领域中的应用也越来越广泛，如血压传感器、胶囊内镜、人工耳蜗等。其中，人工耳蜗是一种MEMS系统，它可以通过微型机械元件和电子元件实现对听力的恢复。这种技术已经在临床上得到了广泛应用，为许多听障人士带来了福音，如图4-16所示。•图4-16MEMS在医疗领域的应用•（3）工业自动化领域•MEMS系统在工业自动化领域中的应用也非常广泛，如气体流量计、压力传感器、温度传感器等。其中，气体流量计是一种MEMS系统，它可以通过微型机械元件和感应元件实现对气体流量的检测和控制。这种技术已经广泛应用于工业自动化控制领域，为工业生产带来了很大的便利。图4-17MEMS在智能穿戴领域的应用一、微机电系统概述•同时，MEMS系统也将会向更小型化、更高集成度、更高精度的方向发展，为人类带来更多的便利和福祉二、微机电系统的特征与分类•微机电系统(MEMS)已经在许多领域得到了广泛应用，其具有小型化、低功耗、高集成度等特征以及传感器类、执行器类、生物、光学等类型•（1）小型化•MEMS系统中的微机械元件和电子元件都具有微小的体积和重量，因此可以制造出体积小、重量轻的系统。这种小型化的特点使得MEMS系统可以应用于许多需要小尺寸、轻重量的场合。•（2）低功耗图4-20MEMS系统分类三、微机电系统的材料与制造技术•随着微机电系统（MEMS）技术的不断发展，其所需材料和制造技术也在不断更新和改进•本章节将介绍MEMS系统中常用的几种材料和制造技术•硅是MEMS系统中最常用的材料之一•硅具有良好的机械性能和化学稳定性，可以通过微电子加工技术实现微型加工图4-21微电子加工技术示意图四、微机电系统的测量技术•微机电系统（MEMS）的测量技术已成为MEMS设计、仿真、制造及质量控制与评价的关键环节之一•本章节将对MEMS系统中常用的几种测量技术进行介绍•MEMS压力传感器是MEMS系统中应用最广泛的传感器之一（图4-22）•它通过利用微型机械元件对压力的感应，实现对压力的测量图4-22MEMS压力传感器四、微机电系统的测量技术•图4-23MEMS加速度计结构示意图•MEMS陀螺仪是一种利用MEMS技术制造的惯性传感器（图4-24）•它通过利用微型机械元件对角速度的感应，实现对旋转角度的测量•MEMS陀螺仪具有高精度、高灵敏度、小型化、低功耗等特点，已经广泛应用于飞行器、导弹、汽车等领域图4-23MEMS加速度计结构示意图四、微机电系统的测量技术•战机在恶劣天气下进行起降时，受气流影响会产生剧烈颠簸，飞行员需要不断调整战机姿态，确保飞行稳定•然而，完全依靠飞行员手动操控战机飞行难度很大，这时需要运用陀螺仪，辅助控制战机平稳飞行•陀螺仪的工作原理基于陀螺效应，是利用陀螺在高速转动中转子产生惯性，可以自动监测到战机在空中的飞行姿态、朝向和转动角度等，为飞行员提供精确的方位、速度和加速度等一系列信息•当陀螺仪发现战机机翼稍有下压，就会立即发出指令