新型傳感技術第一部分：基礎知識第一部分思考題（1）1.如何理解新型傳感技術2.針對課上的教學內容，找出三個你認為值得交流、研討的問題，并說明你的理解發表在MOOC討論區里2主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用3主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用4

第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用51.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用61.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式2.教學模式（1）瞄準“拔尖創新人才”培養目標

課程以傳承陀螺精神，培養學生創新解決復雜工程問題能力為目標，講授、研討持續創新發展的傳感技術及在國之重器中的典型應用。72.教學模式（1）瞄準“拔尖創新人才”培養目標（2）教師講授、學生自主研學、師生交流研討（3）五環教學圖82.教學模式（3）五環教學圖著眼工程應用反饋92.教學模式→工程應用：服務國家重大需求，科學研究之本→科學問題：

高水平論文→關鍵技術：

高質量發明專利→完善提高：

精益求精、

追求更好→自然現象：

學術研究之根（仿生科學）√√√√√102.教學模式（3）五環教學圖著眼工程應用反饋個性成長、分類卓越榜樣總師榜樣科學家112.教學模式榜樣總師榜樣科學家榜樣創業者（3）五環教學圖著眼工程應用反饋個性成長、分類卓越12第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用131.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式第二部分：傳感器的特性介紹傳感器靜態特性的描述與標定、傳感器的主要靜態性能指標、傳感器的動態特性；為課程學習打下基礎。14第三部分：敏感結構的材料與工藝介紹傳感器的核心部分——敏感元件或敏感單元采用的材料以及相應的工藝，目的是為實現傳感器，由敏感結構的設計到敏感結構的加工、制造、封裝、實現。這部分是本課程非常重要的基本內容。3.教學內容介紹傳感器的核心部分——敏感元件或敏感單元的力學行為的描述，目的是為定量研究傳感器的敏感機理，優化設計傳感器的敏感結構，提供理論依據。這部分是本課程非常重要的基礎內容。第四部分：敏感結構的建模153.教學內容第五部分：典型傳感器介紹近年來發展較快的幾種典型的傳感器，包括傳感器的基本結構組成、敏感結構與工作機理、敏感結構參數優化設計、應用特點等。這部分是本課程的核心內容。重點介紹傳感器技術在不同應用領域，實際測量系統、測控系統中的應用情況。通過一些典型案例，介紹傳感器具體應用情況，充分展示傳感技術的重要性，這也是本課程的重點內容。16第六部分：傳感器的典型應用3.教學內容溫馨提示：這部分內容有機融入前五部分第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用171.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式→充分認識新型傳感技術摸底交流

1.談談你對傳感器的理解；新型傳感技術與傳感技術的不同。2.說出傳感器的主要性能指標（至少5個）及其含義。3.右圖為一個典型的傳感器敏感結構（E型圓膜片），說明其可以測量的參數與應用特點。4.上圖為一傳感器的基本原理結構，該傳感器可測量什么參數？提高其靈敏度可以采取哪些重要措施？每一種措施的應用特點是什么？184.課程內涵諧振式直接質量流量傳感器194.課程內涵→充分認識新型傳感技術傳感技術與新型傳感技術（從機理討論高性能）傳感技術與新型傳感技術（從機理討論高性能）204.課程內涵諧振式硅微結構壓力傳感器→充分認識新型傳感技術傳感技術與新型傳感技術2021，諾貝爾生理學獎感覺感應機制214.課程內涵→充分認識新型傳感技術224.課程內涵4.課程內涵23244.課程內涵→充分認識新型傳感技術首位女太空游客成實驗研究對象2006年9月18日～29日阿努什·安薩里第一個實驗：太空輻射對人體的反應——第2號染色體的實驗（輻射）第二個實驗：研究國際空間站的細菌——采樣實驗（失重）第三個實驗：背痛來自哪里——下背痛實驗（失重）第四個實驗：怎樣制成貧血——新細胞溶解實驗（失重）254.課程內涵→充分認識新型傳感技術2006-0922，“亞特蘭蒂斯”號宇航員海德馬里·皮珀兩次出現身體異常反應【失重反應！】264.課程內涵→充分認識新型傳感技術4.課程內涵→充分認識新型傳感技術27腦磁測量284.課程內涵→充分認識新型傳感技術第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用301.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式建議2：把握信息技術規律建議1：針對課程內涵建議3：充分認識傳感器重要地位5.學習建議原理：傳感器本身的敏感機理；圍繞智能化、自動化思考問題；產學研

目的在用，了解行業應用背景；向自然界學習，仿生傳感器尊重科學、注意積累、耐得住寂寞！不僅學習本課程，也是開展“傳感技術”科研應遵循的原則31建議1：針對課程內涵劉廣玉教授(1931-2022)電位器式壓力傳感器典型案例132時間：20世紀60年代末、70年代初目標：研制航空機載電位器式壓力傳感器事例：劉老師與國內一家工廠聯合攻關。因傳感器采用新材料3-53，工藝難度大，幾個月無實質進展，性能達不到設計要求突破：劉老師根據實驗現象和測試數據，從測量機理入手，研究敏感結構特性，終于發現制約傳感器性能的問題，提出解決方案，連夜找到技術人員，來到車間。加工、裝配、調試，…，成功了應用：在工廠配合下，成功加工出多只合格傳感器。除夕之夜，劉老師帶著幾只傳感器登上回京列車，大年初一早上回到學校。該傳感器成功用于我校研制的飛機。典型案例2→重要啟示：像劉老師那樣投入，鍥而不舍，一定能夠成功！33時間：20世紀70年初-80年代末目標：研制高性能諧振筒式壓力傳感器事例：國內航空系統多家科研院所、工廠和高校，聯合攻關。因該傳感器技術復雜、難度大，十幾年無實質進展。諧振筒式壓力傳感器劉廣玉教授(1931-2022)堅守：劉老師帶領團隊，不放棄、不言敗；逐一攻克傳感器機理、關鍵技術、工藝實現、閉環控制等，終于在80年代后期，完全利用我國科技能力，系統掌握該傳感器核心技術，成功研制具有自主知識產權的高性能諧振筒式壓力傳感器。應用：用于我國飛機，為我國航空機載大氣參數測量技術水平的提升做出了重要貢獻。典型案例234諧振筒式壓力傳感器——裝備我國飛機，氣壓高度測量精度大大提高，出口國外2000英尺(600m)1000英尺(300m)13121110987654321標準大氣壓力(Pa)17868187391966220631216472271323826249822618427432287283007331468壓力梯度(Pa/m)2.822.983.123.273.433.593.743.874.024.174.334.484.6676543212007年11月22日起，8850米～12500米空間范圍，飛機間最小垂直間隔標準由600米縮小為300米，飛行高度層從7個增加到13個（增86%），我國空域容量顯著增加典型案例235關鍵技術之一：氣壓高度精確測量（高精度大氣壓力傳感器）諧振筒式壓力傳感器——裝備我國飛機，氣壓高度測量精度大大提高，出口國外全球實施RVSM區域及計劃實施區域多學科與技術（物理、化學、生物；材料、機械、電工電子、控制、微電子、計算機等）；應用十分廣泛，要求千差萬別，品種規格繁多；綜合性技術：涉及傳感器的機理研究與分析、設計與研制、性能評估與應用等；→內涵特色：尊重內在規律、把握技術特點、實現分類卓越！→重要啟示：像劉老師那樣投入，鍥而不舍，一定能夠成功！36多學科與技術（物理、化學、生物；材料、機械、電工電子、微電子、控制、計算機等）；應用十分廣泛，要求千差萬別，品種規格繁多；在信息技術中發展相對緩慢，但生命力強大綜合性技術：涉及傳感器的機理研究與分析、設計與研制、性能評估與應用等；→綜合性強、覆蓋面寬、系統性弱、重點不突出、個性鮮明、入門宜→內涵特色：尊重內在規律、把握技術特點、實現分類卓越！→重要啟示：像劉老師那樣投入，鍥而不舍，一定能夠成功！385.學習建議39建議2：把握信息技術規律建議1：針對課程內涵現代信息技術信息獲取→信息傳輸→信息處理傳感器技術→通信技術→計算機技術感官→神經→大腦傳感器技術是信息社會重要基礎；傳感器是信息獲取首要環節，被公認為現代信息技術源頭。在當今科學技術領域、社會發展中傳感器具有重要作用，廣泛用于工業、農業、國防、醫療衛生等人民生活和國民經濟建設中。40建議2：把握信息技術規律→傳感器產業發展水平成為一個國家能力的重要標志！①門捷列夫：科學始于測量（無測量，無科學）②錢學森：信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術。測量技術是信息技術的源頭，是關鍵中的關鍵。

③王大珩：傳感器、儀器儀表是工業生產的“倍增器”，科學研究的“先行官”，軍事上的“戰斗力”，現代社會活動的“物化法官”。41建議2：把握信息技術規律信息技術發展過程中的3條重要定律：GordonMooreGeorgeGilderRobertMetcalfe①摩爾定律：計算機的計算功能每18月翻一番；②吉爾德定律：網絡帶寬每6個月翻一番；③麥特卡爾定律：對網絡投入Ｎ，回報Ｎ的平方→充分反映信息傳輸、信息處理的快速性問題：摩爾定律已逼近物理極限；軟件和應用開始主導信息技術產業創新和發展模式軟件發展及其制約要素42建議2：把握信息技術規律結論：信息獲取(傳感器)：信息技術源頭，上游傳感器與傳感器技術：在科學技術、經濟社會發展中有極重要地位，是“1”，是方向…當大家迷茫時，從事信息技術、研究傳感器★重要技術、重要課程ICT3.0時代？→傳感器產業發展水平成為一個國家能力的重要標志！43建議2：把握信息技術規律5.學習建議45建議2：把握信息技術規律建議1：針對課程內涵建議3：充分認識傳感器重要地位據統計，一架現代飛機上裝備著至少數百只傳感器，測量飛行器的飛行姿態、飛行狀態、導航定位、動力裝置及燃滑油系統工作參數，測量武器與火控系統的探測參數以及飛控、液壓、電源、起落架、環控、救生、安全與防護等機載設備系統的工作參數。應用實例①飛機飛行試驗以及地面發動機試驗、飛機結構強度試驗、風洞試驗等，也都需要大量傳感器。航空發動機試車臺建議3：充分認識傳感器重要地位46應用實例①C-919鐵鳥試驗臺47建議3：充分認識傳感器重要地位應用實例①

飛機綜合顯示系統48建議3：充分認識傳感器重要地位美國航天飛機所用的傳感器數量達3500只，其中運載火箭上2500只，航天飛機上1000只應用實例②2005年7月發現號航天飛機燃料傳感器？！49建議3：充分認識傳感器重要地位應用實例②(燃料傳感器出現了故障！)監測燃料箱內液氫的容量傳感元件→技術瓶頸建議3：充分認識傳感器重要地位應用實例③有哪些國內傳感器，能夠進入到主要市場？新能源汽車及使用的汽車傳感器51建議3：充分認識傳感器重要地位應用實例③能源管理系統：精細管理7000塊鋰電池，防止過熱或短路利用上萬個傳感器實現智能管控智能引擎系統：西瓜大小的電機416馬力引擎部件不超過10個；燃油汽車引擎部件多達200個電動自行車充電著火（傳感技術缺失）52建議3：充分認識傳感器重要地位應用實例④整車檢測點2500多個，比以前動車組多500多個。“這些大大小小的傳感器，最大的高62.8厘米，最小的直徑僅5毫米。”中車四方股份公司技術中心副主任陶桂東解釋說，這些傳感器能采集1500多項車輛狀態信息，就像動車組的眼睛一樣，時時刻刻對列車運行狀態、振動、軸承溫度、冷卻系統溫度、牽引制動系統狀態、車廂環境等進行監測。“復興號”建立了大量的傳感系統53建議3：充分認識傳感器重要地位應用實例⑤物聯網（Internetofthings）工業物聯網參考體系架構引自：工業物聯網白皮書（2017）建議3：充分認識傳感器重要地位54傳感技術的國家計劃—發達國家①美國：把20世紀80年代看成是傳感器技術時代，并列為20世紀90年代22項關鍵技術之一，美國空軍2000年提出的15項有助于提高21世紀美國空軍作戰能力的關鍵技術中，傳感器技術列第2。②日本：把開發和利用傳感器技術列為國家重點發展6大核心技術之一。文部科學省制定的20世紀90年代重點科研項目中有70個重點課題，18項與傳感器技術密切相關。③德國：80項優先資助計劃中，兩項為傳感器的計劃，一項為微型化傳感器，另一項為生物傳感器。④歐盟：把傳感器技術作為帶動各領域技術水平提升的關鍵性技術來看待，在傳感器技術的研究中非常重視傳感器技術與其他高新技術的交叉研究。55建議3：充分認識傳感器重要地位傳感技術的國家計劃—中國56建議3：充分認識傳感器重要地位我國傳感技術發展始于20世紀50年代初期，60年代研制出應變元件、霍爾元件等；70年代初研制生產出擴散硅力敏傳感器/砷化鎵霍爾元件、碳化硅熱敏電阻等；80年代“敏感元件與傳感器”列入國家攻關計劃，研制出集成溫度傳感器、集成磁敏傳感器、薄膜和厚膜鉑電阻、電渦流傳感器1987年國家科委制定了《傳感器技術發展政策》白皮書；1991年《中共中央關于制定國民經濟和社會發展十年規劃和“八五”計劃建議》中明確要求“大力加強傳感器的開發和在國民經濟中普遍應用”；“十五”以來，國家自然基金、“863計劃”等把傳感技術作為重點支持領域；

“十二五”開始，以提高我國科學儀器設備的自主創新能力和自我裝備水平為宗旨，自然科學基金委、科技部分別設立了重大科學儀器專項，安排專項經費支持。主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用571.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式（1）開放資源（慕課）（2）教材（3）學術交流（4）精神傳承（5）學科專業優勢（1）開放資源新型傳感技術（慕課）

傳感器技術及應用（慕課）

6.教學資源58（2）主要參考教材59學術組織學術刊物學術會議學術競賽（3）學術交流

成立于1979年3月29日，目前主辦7種有關傳感器、儀器儀表及測量控制學術、技術類期刊。每年組織大量學術交流活動。儀器儀表學會設傳感器分會，掛靠中國航天九院704所。(美國電氣和電子工程師學會，1963.01.01)IEEE，InstrumentationandMeasurement中國儀器儀表學會元件分會中國電子學會敏感技術分會中國航空學會制導導航與控制專業委員會中國生物醫學工程學會生物醫學傳感器分會中國計量測試學會壓力/流量/溫度等專業委員會606.教學資源國內主要學術刊物：《儀器儀表學報》《計量學報》《傳感技術學報》《測控技術》《計測技術》《儀表技術與傳感器》《傳感器技術》國際主要學術刊物：SensorsandActuators（A、B）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurementIEEESensorsJournalMicrosystemTechnologies61學術組織學術刊物學術會議學術競賽6.教學資源（3）學術交流

國內最重要學術會議：全國敏感元件與傳感器學術團體聯合組織委員會，STC包括7個國內專業學會與學術團體

中國儀器儀表學會傳感器分會中國儀器儀表學會元件分會傳感技術聯合國家重點實驗室全國高校傳感技術研究會中國電子學會敏感技術分會中國航空學會制導導航與控制專業委員會中國生物醫學工程學會生物醫學傳感器分會62學術組織學術刊物學術會議學術競賽6.教學資源（3）學術交流

國內最重要學術會議：全國敏感元件與傳感器學術團體聯合組織委員會，STC包括7個國內專業學會與學術團體

學術組織學術刊物學術會議學術競賽6.教學資源（3）學術交流

2014.10.11-13，北航與太原航空儀表有限公司在太原成功舉辦了第十三屆全國敏感元件與傳感器學術會議

2016.10.14-16，第十四屆STC會議，成都，電子科大2018.11.12-14，第十五屆STC會議，漢威電子（鄭州大學）2020.09.18-20，第十六屆STC會議，沈陽，儀表科學研究院（大連理工大學）

2023.06.09-11，第十七屆STC會議，泰州，人民政府、704、廈門大學第十八屆全國敏感元件與傳感器學術會議(STC2025)2025.10.14–16，華中科技大學學術組織學術刊物學術會議學術競賽葛文勛先生創辦國際最重要學術會議：固態傳感器、執行器與微系統國際會議(InternationalConferenceonSolid-StateSensors，ActuatorsandMicrosystems，簡稱Transducers)國際傳感技術領域規模最大、層次最高的學術會議。自1981年在美國波士頓召開首次會議以來，該會議每兩年召開一次，輪流在美洲、歐洲、亞洲及大洋洲舉辦。2011年，6月5日-9日，第16屆大會在北京成功舉辦。提升了我國在傳感技術領域自主創新能力和國際競爭力大會主席：夏善紅646.教學資源（3）學術交流

中國國際測量控制與儀器儀表展覽會（MICONEX，1983年創辦，原多國儀器儀表展），在國內外儀器儀表、傳感技術領域具有很高影響力，是儀器儀表界知名品牌學術活動，受到國內外業界歡迎和好評。MICONEX集“學術交流、展覽展示、技術交流、貿易洽談、成果轉讓”于一體，參加展會活動累計超過40個國家和地區上千家企業，上萬名科技工作者以及數十萬人次參觀展會65學術組織學術刊物學術會議學術競賽6.教學資源（3）學術交流

中國（國際）傳感器創新大賽2012年創辦，兩年舉辦一次；起點高、參賽人員多、參與范圍廣學術組織學術刊物學術會議學術競賽6.教學資源（3）學術交流

66學術競賽

—中國（國際）傳感器創新大賽大賽目的（1）服務建設創新型國家的戰略，推動儀器儀表及傳感器技術創新和發展；（2）倡導創新思維，鼓勵原創、首創精神，促進創新型人才培養；（3）面向戰略性新型產業發展的需要，實現研究成果與產業改造的融合。

（1）創新設想類（2）創新設計類（3）創新應用類大賽分設三個類別，自由命題，兩個階段67（1）創新設計類；（2）創新應用類特等獎，基于原子自旋的超高分辨率磁強計，北京航空航天大學，201268學術競賽

—中國（國際）傳感器創新大賽北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院測控系，2022學術競賽

—中國（國際）傳感器創新大賽69北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院測控系，202270特等獎，仿復眼增強型導航儀，北京航空航天大學，2022基于多傳感器融合的視觸覺反饋遙操作手系統，高碩嫦娥五號月面采樣區域三維重建傳感系統，屈玉福71學術競賽

—中國（國際）傳感器創新大賽林士諤(1913～1987)北航：1952年10月，舉全國之力，匯聚了清華大學、北洋大學、廈門大學、四川大學等八所院校的航空系的優秀人才，組建了新中國第一所航空航天高等學府林士諤先生：創建我國飛行器儀表與傳感器學科、專業（4）林士諤先生與陀螺精神6.教學資源林士諤先生在美國麻省理工學院的學位證書及博士論文首頁736.教學資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)1935，上海交大→MIT，師從Dr.Draper1937、1939，MIT獲碩士、博士學位

1938，創立“林士諤法”-求解高次方程（科學家）《數學手冊》-代數方程

746.教學資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)真空膜盒式空速傳感器、氣壓高度傳感器1942，國際首創，發明“膜盒式空速表”（工程師）真空膜盒1943，獲當時航空委員會頒發的“光華發明獎”1935，上海交大→MIT，師從Dr.Draper1937、1939，MIT獲碩士、博士學位

1938，創立“林士諤法”-求解高次方程（科學家）756.教學資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)1942，國際首創，發明“膜盒式空速表”（工程師）1943，獲當時航空委員會頒發的“光華發明獎”1935，上海交大→MIT，師從Dr.Draper1937、1939，MIT獲碩士、博士學位

1938，創立“林士諤法”-求解高次方程（科學家）1952，創建北航，陀螺慣導學科（精密儀器及機械）

航空儀表與傳感器專業（測控技術與儀器）

培養大批人才1946，廈門大學航空系

1951，廈門大學→清華大學航空系

6.教學資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)林士諤先生，晚年依然忘我工作…→林先生一生，詮釋了

愛國、創新、奉獻陀螺精神：堅定不移、堅韌不拔、堅持不懈1.定軸性2.進動性3.章動性經典陀螺（高速轉子式）三個重要性質→愛國→奉獻→創新776.教學資源（4）林士諤先生與陀螺精神林士諤(1913～1987)北航高度重視傳感器技術的發展學術方向：傳感器技術一直是重要學術方向；科學研究：系統開展飛行器儀表與傳感器的科研工作；教學工作：設立與傳感技術課程，既有理論課，也有實驗、實踐（5）學科專業優勢6.教學資源第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的建模第四部分：典型傳感器第五部分：傳感器的典型應用791.教學團隊2.教學模式3.教學內容4.課程內涵5.學習建議6.教學資源7.考核方式慕課內容自學研討30%平時思考題探究式學習30%期末考試理論、實踐并重40%第一部分思考題（2）1.舉3個例子說明傳感器在國之重器建設中的重要作用2.簡要說明你對仿生傳感器理解發表在MOOC討論區里80主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用8182新型傳感技術第二部分：傳感器的特性主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用84

85第二部分思考題（1）1.利用“極限點法”評估傳感器綜合誤差的意義、方法2.7個基本量溯源的量子化進程3.穩定性指標的意義及提高的措施發表在MOOC討論區里第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標定2.3傳感器靜態性能指標2.4傳感器動態性能指標862.1.1靜態特性的描述87p—傳感器輸出、輸入傳感器輸入輸出特性：曲線、公式、表格2.1.2動態特性的描述881.時域，描述傳感器輸入-輸出的微分方程為2.復頻域，描述傳感器輸入-輸出的傳遞函數為第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標定2.3傳感器靜態性能指標2.4傳感器動態性能指標892.2.1靜態標定的條件901.對標定環境要求2.對所用的標定設備要求3.對標定過程要求(1)無加速度,無振動,無沖擊；(2)溫度在15～25℃；(3)濕度不大于85％RH；(4)大氣壓力為0.1MPa。2.對所用的標定設備要求；7個基本量：長度、質量、時間、溫度、

電流、發光強度、物質量2個輔助量：平面角、球面度2.2.1靜態標定的條件911.對標定環境要求2.對所用的標定設備要求3.對標定過程要求(1)無加速度,無振動,無沖擊；(2)溫度在15～25℃；(3)濕度不大于85％RH；(4)大氣壓力為0.1MPa。2.對所用的標定設備要求；3.對標定過程要求在一定標準條件下，利用一定等級標定設備對傳感器多次往復測試過程

輸入量②x標準標定設備輸出量①ys被校傳感器輸出量③ym；92；利用測試數據，計算傳感器的性能指標

2.2.2靜態標定的結果2.2.3動態標定的條件931.合適的典型輸入信號發生器2.合適的動態信號記錄設備3.合適的數據采集處理系統→動態信號記錄設備固有角頻率不低于被標定傳感器固有角頻率3～5倍，或工作頻帶不低于被標定傳感器工作頻帶

2～3倍振動2.2.3動態標定的條件941.合適的典型輸入信號發生器2.合適的動態信號記錄設備3.合適的數據采集處理系統→數據采集處理系統采樣頻率應高于被標定傳感器固有頻率的10倍952.2.4動態標定的結果階躍輸入響應；回零過渡過程響應；脈沖輸入下的瞬態響應時域動態標定方式正弦輸入的頻域穩態響應：幅值增益(幅頻特性)和相位差(相頻特性)輸入響應；線性調頻響應頻域動態標定方式1.由非周期型階躍響應建立一階傳感器傳遞函數2.由衰減振蕩型階躍響應建立二階傳感器傳遞函數3.由實驗頻率特性獲取一階傳感器傳遞函數4.由有峰值實驗頻率特性獲取二階傳感器傳遞函數傳感器動態模型建立962.2.4動態標定的結果1.由非周期型階躍響應建立一階傳感器傳遞函數當傳感器實際階躍過渡過程曲線與右圖相似時，按一階傳感器處理；靜態增益由靜態標定獲得；時間常數由實驗過渡過程曲線獲得一階傳感器歸一化單位階躍過渡過程、以及經變換后的有關方程為傳感器階躍響應曲線972.2.4動態標定的結果2.由衰減振蕩型階躍響應建立二階傳感器傳遞函數振蕩二階傳感器歸一化階躍響應為

(1)阻尼較小、有振蕩如圖(a)、(b)所示實驗曲線，信息比較豐富利用超調量、峰值時間、上升時間計算固有角頻率和阻尼比進行建模傳感器衰減振蕩型階躍響應曲線982.2.4動態標定的結果2.由衰減振蕩型階躍響應建立二階傳感器傳遞函數振蕩二階傳感器歸一化階躍響應為

(2)振蕩次數不超過半次如圖(c)所示實驗曲線；利用上升時間和峰值時間計算固有角頻率和阻尼比進行建模傳感器衰減振蕩型階躍響應曲線992.2.4動態標定的結果2.由衰減振蕩型階躍響應建立二階傳感器傳遞函數振蕩二階傳感器歸一化階躍響應為

(3)超調量很小如圖(d)所示實驗曲線；在0.8～1.0之間初選一個阻尼比，利用上升時間計算固有角頻率，再檢驗回歸效果傳感器衰減振蕩型階躍響應曲線1002.2.4動態標定的結果3.由實驗頻率特性建立一階傳感器傳遞函數基于一階傳感器歸一化幅頻特性取0.707，0.900和0.950時的角頻率，回歸時間常數

一階傳感器幅頻特性曲線利用模型計算幅頻特性，與實驗值進行比較，檢查回歸效果1012.2.4動態標定的結果4.由有峰值實驗頻率特性建立二階傳感器傳遞函數如圖為有峰值二階傳感器歸一化幅頻特性，可利用峰值及對應的諧振角頻率，計算阻尼比和固有角頻率；二階傳感器幅頻特性利用模型計算幅頻特性，與實驗值進行比較，檢查回歸效果第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標定2.3傳感器靜態性能指標2.4傳感器動態性能指標1021.測量范圍2.量程3.靜態靈敏度4.分辨力與分辨率5.漂移6.溫漂7.傳感器的測量誤差8.線性度9.符合度10.遲滯11.非線性遲滯12.重復性13.綜合誤差2.3傳感器靜態性能指標1033.靜態靈敏度2.3傳感器靜態性能指標關于靜態靈敏度的討論1044.分辨力與分辨率2.3傳感器靜態性能指標分辨力分辨率針對全測量范圍辨率1055.漂移2.3傳感器靜態性能指標→輸出量隨時間變化的現象，又稱時漂反映傳感器的穩定性指標；時間范圍：1小時、1天、1個月、半年或1年等零點漂移滿量程漂移1066.溫漂2.3傳感器靜態性能指標→輸出量隨溫度變化的現象零點漂移滿量程漂移1077.傳感器的測量誤差2.3傳感器靜態性能指標(絕對誤差)(相對誤差)(針對被測量值)1088.線性度2.3傳感器靜態性能指標

理論線性度(絕對)

端基線性度平移端基線性度最小二乘線性度獨立線性度→針對不同的參考直線1099.符合度2.3傳感器靜態性能指標(1)應滿足所需要的擬合誤差要求；(2)函數的形式盡可能簡單；(3)選用多項式時，其階次盡可能低→針對不同的參考曲線11010.遲滯2.3傳感器靜態性能指標11111.非線性遲滯2.3傳感器靜態性能指標11212.重復性2.3傳感器靜態性能指標113物理意義（正態分布）綜合考慮正、反行程考慮全部測點3為置信概率系數3s為置信限或隨機不確定度13.綜合誤差2.3傳感器靜態性能指標極限點法以極限點中間值為參考值極限點偏差討論：是否需要考慮參考直線？114第二部分：傳感器的特性2.1傳感器特性的描述2.2傳感器的標定2.3傳感器靜態性能指標2.4傳感器動態性能指標1152.4.1傳感器時域動態性能指標被測量為單位階躍信號時傳感器理想輸出為

k——傳感器的靜態增益一階傳感器歸一化單位階躍響應與相對動態誤差分別為——傳感器的穩態輸出1162.4.1傳感器時域動態性能指標一階傳感器歸一化單位階躍響應與相對動態誤差一階傳感器歸一化單位階躍響應一階傳感器單位階躍響應相對動態誤差一階傳感器主要時域動態性能指標①

T—時間常數，輸出由零上升到穩態值63%所需時間②

—響應時間，輸出保持在與穩態值偏差絕對值不超過

某一量值的時間；取5%時，約為3T③

—上升時間，輸出由穩態值10%上升到90%所需時間④

—延遲時間，輸出由零上升到50%所需時間1172.4.1傳感器時域動態性能指標118對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關二階傳感器歸一化單位階躍響應2.4.1傳感器時域動態性能指標119對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關→可計算不同誤差帶對應的傳感器響應時間一是當阻尼比大于1，為過阻尼無振蕩系統；其歸一化單位階躍響應與相對動態誤差分別為2.4.1傳感器時域動態性能指標120對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關→可計算不同誤差帶對應的傳感器響應時間二是當阻尼比等于1，為臨界阻尼無振蕩系統；其歸一化單位階躍響應與相對動態誤差分別為2.4.1傳感器時域動態性能指標121對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關三是當阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統；其歸一化單位階躍響應與相對動態誤差分別為→二階傳感器響應以其穩態輸出值為平衡位置衰減振蕩

122對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關三是當阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統①振蕩次數N：相對誤差曲線幅值超過允許誤差限的次數②峰值時間：誤差曲線由起點到第一個振蕩幅值點的時間間隔二階傳感器歸一化單位階躍響應與包絡線及有關指標示意123對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關三是當阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統③超調量：峰值時間對應的相對動態誤差值二階傳感器歸一化單位階躍響應與包絡線及有關指標示意④響應時間：根據超調量與動態誤差帶的相互關系計算124對于二階傳感器，階躍響應與其固有角頻率和阻尼比有關三是當阻尼比小于1，為欠阻尼振蕩系統二階傳感器歸一化單位階躍響應與包絡線及有關指標示意2.4.2傳感器頻域動態性能指標125重點討論基于傳感器幅值頻率特性的通頻帶和工作頻帶兩個重要動態性能指標一階傳感器歸一化幅值增益和相位特性分別為

通頻帶：幅值增益對數特性衰減3dB(歸一化幅值增益下降到0.707

)，幅頻特性曲線所對應的頻率范圍

工作頻帶：歸一化幅值誤差小于所規定允許誤差時，幅頻特性曲線所對應的頻率范圍一階傳感器歸一化幅值增益和相位特性2.4.2傳感器頻域動態性能指標126重點討論基于傳感器幅值頻率特性的通頻帶和工作頻帶兩個重要動態性能指標一階傳感器通頻帶和工作頻帶分別為

通頻帶：幅值增益對數特性衰減3dB(歸一化幅值增益下降到0.707

)，幅頻特性曲線所對應的頻率范圍

工作頻帶：歸一化幅值誤差小于所規定允許誤差時，幅頻特性曲線所對應的頻率范圍一階傳感器歸一化幅值增益——所規定的歸一化幅值誤差的允許值2.4.2傳感器頻域動態性能指標127二階傳感器歸一化幅值增益和相位特性分別為二階傳感器歸一化幅值增益和相位特性2.4.2傳感器頻域動態性能指標128二階傳感器歸一化幅值增益和相位特性分別為二階傳感器歸一化幅值增益阻尼比小于0.707，幅頻特性曲線有峰值，傳感器諧振角頻率、諧振峰值以及相角分別為考慮到二階傳感器幅值增益有時產生較大峰值，故二階傳感器的工作頻帶更有意義2.4.2傳感器頻域動態性能指標129如圖給出了固有角頻率對工作頻帶的影響情況，固有角頻率越高，工作頻帶越寬；二階傳感器工作頻帶與固有角頻率關系2.4.2傳感器頻域動態性能指標130如圖給出了阻尼比對工作頻帶的影響情況二階傳感器工作頻帶與阻尼比關系131第二部分思考題（2）1.減小傳感器溫度漂移的措施2.傳感器綜合測試的意義與應用3.建立傳感器動態模型的方法4.二階傳感器的主要性能指標發表在MOOC討論區里主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用132133新型傳感技術第三部分：敏感結構的材料與工藝第三部分思考題（1）1.有觀點“一代材料，一代傳感器”，談談你的理解2.簡要說明材料與工藝對傳感器的重要價值發表在MOOC討論區里135主要內容第一部分：基礎知識

第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用136

137138139周邊固支矩形平膜片不同的材料+不同的工藝140周邊固支方形平膜片+雙端固支梁固支E形膜片+雙端固支梁第三部分：敏感結構的材料與工藝3.1敏感結構的材料3.2敏感結構的工藝1411.硅材料2.二氧化硅3.壓電材料4.石墨烯3.1敏感結構的材料1421.硅材料硅單晶硅多晶硅各向同性各向異性單晶硅143單晶硅144單晶硅145單晶硅:MostpopularlyusedinMEMSsensors便于批量生產，易于裝配；低密度(2.33g/cm2)，高彈性模量E(130-190GPa)；高熔點(nofailureeveninhightemperaturecondition)；低膨脹系數(8timeslessthanthesteel,10timeslessthanaluminium)；能夠實現集成式傳感器(integratedsensor)，SOC

CrystaldirectionElasticmodulusPoisson'sratioCuttingmodulusDensitycoefficientofexpansion(ppm/°C)<100>1300.278(N型)79.02.332.62<110>17061.72.332.62<111>1900.18(P型)57.52.332.62單晶硅146單晶硅半導體材料的壓阻效應半導體材料的電阻特性單晶硅的晶向、晶面的表示半導體材料的各向異性密勒指數147單晶硅單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數1.ABCD面(100)，<100>148單晶硅149單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數1.ABCD面(100)，<100>2.ADGF面(110)，<110>單晶硅150單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數1.ABCD面(100)，<100>2.ADGF面(110)，<110>3.AHF面(111)，<111>單晶硅151單晶硅的晶向、晶面的表示密勒指數1.ABCD

面(100)，<100>2.ADGF

面(110)，<110>3.AHF

面(111)，<111>4.BCHE

面→FILG面(-110)→(1-10)，<1-10>單晶硅152壓阻系數縱向壓阻系數橫向壓阻系數縱向應力橫向應力壓阻系數矩陣P型硅：N型硅：可忽略，可忽略，單晶硅153壓阻系數P方向在標準的立方晶格坐標系中的方向余弦Q方向在標準的立方晶格坐標系中的方向余弦任意晶向的壓阻系數單晶硅154壓阻系數任意晶向的壓阻系數計算(001)面上<010>晶向的縱向、橫向壓阻系數計算實例1壓阻系數繪出P型硅(001)面內的縱向和橫向壓阻系數的分布圖計算實例2任意晶向的壓阻系數P

方向：Q

方向：單晶硅1552.二氧化硅156又稱硅石，自然界中存在有結晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種主要用于介電材料，提供電與熱的絕緣層、掩膜保護層、表面加工的犧牲層

→用作絕緣層和掩膜層的SiO22.二氧化硅157SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O→用作犧牲層的SiO23.壓電材料158機械能電能壓電效應正壓電效應逆壓電效應壓電特性3.壓電材料159（1）石英晶體（2）壓電陶瓷（3）偏二氟乙烯石英諧振器3.壓電材料160（1）石英晶體

石英晶體的壓電機理石英晶體的壓電常數石英晶體幾何切型的分類石英晶體的性能石英壓電諧振器的熱敏感性3.壓電材料161（1）石英晶體

石英晶體的壓電機理光(z)-機(y)-電(x)石英晶體的壓電機理石英晶體的壓電常數3.壓電材料162（1）石英晶體

應力電荷左旋石英晶體取正號；右旋石英晶體取負號厚度變形/長度變形/面剪切變形/厚度剪切變形3.壓電材料163（1）石英晶體

石英晶體的壓電機理石英晶體的壓電常數石英晶體幾何切型的分類X切族（厚度為x初始方向，旋轉而成）3.壓電材料164（1）石英晶體

石英晶體的壓電機理石英晶體的壓電常數石英晶體幾何切型的分類石英晶體的性能壓電特性非常穩定，但比較弱；溫度特性和長期穩定性非常好；固有頻率高，動態響應好；機械強度高，絕緣性能好，遲滯小，重復性好。3.壓電材料165（1）石英晶體

石英晶體的壓電機理石英晶體的壓電常數石英晶體幾何切型的分類石英晶體的性能石英壓電諧振器的熱敏感性石英溫度傳感器諧振頻率與溫度的關系——熱靈敏系數Ct正確選擇切型和工作模式3.壓電材料166（1）石英晶體（2）壓電陶瓷（3）偏二氟乙烯壓電陶瓷元件壓電換能器3.壓電材料167（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機理壓電陶瓷的壓電常數常用壓電陶瓷3.壓電材料168（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機理壓電陶瓷：人工合成的多晶壓電材料鈦酸鋇壓電陶瓷3.壓電材料169（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機理壓電陶瓷的壓電常數鈦酸鋇壓電陶瓷3.壓電材料170（2）壓電陶瓷壓電陶瓷的壓電機理壓電陶瓷的壓電常數常用壓電陶瓷

鈦酸鋇壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電陶瓷3.壓電材料171（1）石英晶體（2）壓電陶瓷（3）偏二氟乙烯一種高分子半晶態聚合物(薄膜)具有較高的電壓靈敏度正壓電效應輸出電信號4.石墨烯1722004年，單層石墨烯（Graphene）通過機械剝離法首次被制出，其理論厚度只有0.335nm，其面內楊氏模量為1TPa，斷裂強度達130GPa

2010年獲諾貝爾物理學獎：安德烈·海姆康斯坦丁·諾沃肖洛夫4.石墨烯173基于石墨烯優良的機械、電學特性，研究測量流體介質的石墨烯傳感器：壓阻式、光纖干涉式

、諧振式SmithAD,etal.NanoLetters,2013,13(7):3237-42.MaJ,etal.OpticsLetters,2012,37(13):2493-2495.第三部分：敏感結構的材料與工藝3.1敏感結構的材料3.2敏感結構的工藝1743.2敏感結構的工藝1751.硅微加工技術2.LIGA技術與SLIGA技術3.鍵合技術4.特殊精密加工技術3.2敏感結構的工藝1761.硅微加工技術（1）體形微加工技術（2）表面微加工技術①化學腐蝕②離子刻蝕各向同性腐蝕各向異性腐蝕腐蝕停止技術清除硅表面上的污染或修復被劃傷了的硅表面；形成單晶硅平膜片；形成單晶硅或多晶硅薄膜上的圖案以及具有圓形或橢圓形截面的腔和槽等3.2敏感結構的工藝1771.硅微加工技術（1）體形微加工技術（2）表面微加工技術①化學腐蝕②離子刻蝕各向同性腐蝕各向異性腐蝕(100)／(111)面的腐蝕速率大約為400：1；

而(110)面的腐蝕速率則介于二者之間3.2敏感結構的工藝1781.硅微加工技術（1）體形微加工技術（2）表面微加工技術①化學腐蝕②離子刻蝕各向同性腐蝕各向異性腐蝕腐蝕停止技術單晶硅表面進行硼重摻雜，可實現重摻雜區腐蝕速率遠小于其他非重摻雜區，使腐蝕自動停止在兩者交界面上；電化學（陽極）腐蝕停止技術3.2敏感結構的工藝1791.硅微加工技術（1）體形微加工技術（2）表面微加工技術①化學腐蝕②離子刻蝕用于高精度，側面垂直度要求嚴格的圖案(結構)；離子刻蝕包括等離子體刻蝕、反應離子刻蝕(也稱反應濺射刻蝕)等干刻蝕方法；這些方法利用氣體的等離子體生成物或者濺射進行3.2敏感結構的工藝1801.硅微加工技術（1）體形微加工技術（2）表面微加工技術①化學腐蝕②離子刻蝕①薄膜生成技術②犧牲層技術

（2）表面微加工技術3.2敏感結構的工藝181①薄膜生成技術物理氣相淀積技術

利用高真空蒸鍍和濺射的方法，使另一種物質在硅片表面上成膜真空蒸鍍法蒸鍍材料(Al、Au)掛在鎢絲加熱器上；原子蒸發，碰撞到達襯底２表面，凝聚成膜；制作電極、敏感柵真空蒸鍍系統原理圖１—真空室；２—襯底；４—接高真空泵；３—鎢絲繞制的加熱器(掛有被蒸鍍的材料)3.2敏感結構的工藝182①薄膜生成技術直流濺射原理圖１—靶；２—陰極；３—直流高壓電源ＤＣ；４—陽極；５—基片；６—惰性氣體入口；７—接真空系統直流濺射法設備復雜，成膜速度慢，但膜牢固；能制出高熔點的金屬膜和化合物膜；不能濺射介質膜(絕緣層)

物理氣相淀積技術

利用高真空蒸鍍和濺射的方法，使另一種物質在硅片表面上成膜3.2敏感結構的工藝183①薄膜生成技術物理氣相淀積技術

利用高真空蒸鍍和濺射的方法，使另一種物質在硅片表面上成膜磁控射頻濺射原理圖１—介質靶；２—陰極；３—射頻電源ＲＦ；

４—陽極；５—基片；６—接真空系統磁控射頻濺射法提高濺射薄膜的均勻性和濺射速率；能制出金屬膜、介質膜、壓阻膜、壓電膜和半導體膜

3.2敏感結構的工藝184①薄膜生成技術化學氣相淀積技術

使氣體與襯底材料本身在加熱的表面上進行化學反應，使另一種物質在表面上成膜常壓化學氣相淀積（NPCVD）低壓化學氣相淀積（LPCVD）

等離子強化化學氣相淀積（PECVD）

外延工藝化學氣相淀積CVD：ChemicalVaporDeposition高溫條件下的利用氣態物質在固體表面進行化學反應（分解、還原、氧化、置換）生成固態沉積物的工藝過程，形成薄膜

3.2敏感結構的工藝185①薄膜生成技術②犧牲層技術

3.2敏感結構的工藝1861.硅微加工技術2.LIGA技術與SLIGA技術2.LIGA

技術與SLIGA技術

3.2敏感結構的工藝187①Ｘ光深度同步輻射光刻過程②電鑄形成金屬微結構③注塑成型LIGA特點(1)制造較大深寬比結構；(2)取材廣，金屬、陶瓷、聚合物、玻璃等；(3)可制作任意截面形狀圖形結構，精度高；(4)可重復復制，符合大批量生產要求，制造成本較低2.LIGA

技術與SLIGA技術

3.2敏感結構的工藝1882.LIGA技術與SLIGA技術

3.2敏感結構的工藝189①④②③⑤⑥⑦2.LIGA技術與SLIGA技術

3.2敏感結構的工藝190LIGA犧牲層：SacrificialLayer3.2敏感結構的工藝1911.硅微加工技術2.LIGA技術與SLIGA技術3.鍵合技術3.2敏感結構的工藝1923.鍵合技術（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結構的零件重疊接合在一起，構成三維微結構；3.2敏感結構的工藝1933.鍵合技術（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結構的零件重疊接合在一起，構成三維微結構；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；陽極鍵合原理3.2敏感結構的工藝1943.鍵合技術（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結構的零件重疊接合在一起，構成三維微結構；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；硅與玻璃陽極鍵合簡圖及實例參考壓力被測壓力被測壓力3.2敏感結構的工藝1953.鍵合技術（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結構的零件重疊接合在一起，構成三維微結構；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；熱熔Si-Si鍵合：形成SOI（Silicon-on-Insulator，絕緣體上的硅）結構3.2敏感結構的工藝1963.鍵合技術（1）固相鍵合：利用各種接合工藝，把若干具有平面結構的零件重疊接合在一起，構成三維微結構；（2）常用方法：陽極鍵合、熱熔Si-Si直接鍵合、共熔鍵合及低溫玻璃鍵合等；（3）常用的互連材料：金屬和硅、硅和硅、金屬和金屬以及玻璃和硅；（4）鍵合基本要求：①殘余熱應力盡可能小；②可實現機械解耦，防止外界應力干擾；③

足夠的機械強度和密封性；④良好的電絕緣性。3.2敏感結構的工藝1971.硅微加工技術2.LIGA技術與SLIGA技術3.鍵合技術4.特殊精密加工技術（1）針對傳感器用到的非硅類材料：如熔凝石英（石英玻璃）、石英晶體、陶瓷、磁性材料、彈性合金、高分子聚合物以及超導材料等；（2）加工成特殊復雜型面，精密表面和特殊零件：如薄壁殼、膜、小孔、窄縫、探針、深槽等；（3）需要特殊精密加工技術：如高能束流（激光束流、電子束流、離子束流）加工技術，電加工技術（電脈沖加工技術、電解加工技術）和離子注入技術等3.2敏感結構的工藝1984.特殊精密加工技術一種集成式硅電容壓力微傳感器的封裝：借助激光打孔，將玻璃與硅襯底密封連接成一整體結構553.2敏感結構的工藝1994.特殊精密加工技術一種硅諧振式壓力微傳感器的原理結構硅諧振梁封裝在真空參考腔內第三部分思考題（2）1.針對右圖傳感器的敏感結構，分析其應用的材料與相應工藝2.舉例說明封裝工藝在傳感器中

的重要性發表在MOOC討論區里200主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用201202新型傳感技術第四部分：敏感結構的建模主要內容第一部分：基礎知識第二部分：傳感器的特性第三部分：敏感結構的材料與工藝第四部分：敏感結構的建模

第五部分：典型傳感器第六部分：傳感器的典型應用204

205206需要建立模型進行分析、設計207第四部分思考題（1）1.針對這兩個微機械壓力傳感器，分析異同2.從彈性敏感元件的力學特性，說明傳感器指標的相互制約發表在MOOC討論區里208第四部分：敏感結構的建模4.1概述4.2彈性敏感元件的基本特性4.3彈性敏感結構的邊界條件4.4彈性體的能量方程4.5受有張力的彈性弦絲的固有振動4.6受軸向力的兩端固支梁

4.7膜片的建模4.8圓柱殼的建模

2094.1概述溫度測量應用領域

一般特性位移、應變、應力特性固有振動特性其他特性彈性元件的特性彈性元件彈性變形2102114.1概述常用彈性敏感結構波紋膜片壓力/力敏感元件2124.1概述常用彈性敏感結構真空膜盒壓力敏感元件2134.1概述常用彈性敏感結構波紋管壓力/力敏感元件2144.1概述常用彈性敏感結構波紋管壓力/力敏感元件2154.1概述常用彈性敏感結構S型梁集中力敏感元件應變式電子秤2164.1概述常用彈性敏感結構C型管壓力敏感元件使用C型管的壓力儀表（傳感器）2174.1概述常用彈性敏感結構諧振筒壓力敏感元件2184.1概述常用彈性敏感結構諧振式直接質量流量傳感器彈性彎管質量流量/密度敏感元件2194.1概述常用彈性敏感結構硅微結構壓力敏感元件第四部分：敏感結構的建模4.1概述4.2彈性敏感元件的基本特性4.3彈性敏感結構的邊界條件4.4彈性體的能量方程4.5受有張力的彈性弦絲的固有振動4.6受軸向力的兩端固支梁

4.7膜片的建模4.8圓柱殼的建模

2204.2.1剛度與柔度4.2.2彈性滯后4.2.3彈性后效與蠕變4.2.4彈性材料的機械品質因數4.2.5應力描述4.2.6位移描述4.2.7應變描述4.2.8應力應變關系4.2.9固有諧振頻率4.2.10彈性元件的熱特性4.2彈性敏感元件的基本特性2214.2.1剛度與柔度222彈性敏感元件輸入輸出柔度(靈敏度)剛度彈性敏感元件特性

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.2彈性滯后223彈性敏感元件輸入輸出彈性敏感元件工作時，因材料內部存在分子間內摩擦，加載特性與卸載特性不重合的現象稱為彈性滯后某些傳感器引起遲滯誤差的主要原因之一

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.3彈性后效與蠕變載荷作用彈性敏感元件，產生變形過程；起初較短時間段，變化持續過程可看作

彈性后效；載荷不變，彈性敏感元件較長時間緩慢

變形，該過程可看作蠕變；

彈性后效會引起傳感器

重復性誤差或動態誤差；蠕變會影響傳感器穩定性；

彈性滯后、彈性后效、蠕變同時發生，物理過程復雜；設計傳感器，選擇彈性敏感元件材料時應充分重視

彈性敏感元件彈性變形過程

4.2彈性敏感元件的基本特性2244.2.4彈性材料的機械品質因數225周期振動彈性敏感元件，針對能量定義的

機械品質因數

——儲存的總能量；——每周由阻尼消耗的能量二階系統歸一化幅頻特性

機械品質因數可用等效二階系統幅值頻率特性

曲線來說明；等效二階系統歸一化幅頻特性為——系統固有角頻率和阻尼比對于弱阻尼系統（阻尼比遠小于1），最大

幅值增益和對應的諧振頻率，機械品質因數

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應力描述226考慮彈性體某截面上的受力情況，該截面上某一點單位面積上的作用內力就是應力

——正應力（normalstress，垂直于作用面）、

切應力（shearstress，平行于作用面）應力描述

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應力描述227三維直角坐標系內，一點處有六個獨立應力分量：三個正應力，三個切應力研究硅壓阻效應的應力表述三維直角坐標系內應力描述

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應力描述228三維直角坐標系內，應力平衡方程直角坐標系平行六面體微元上的應力分布

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應力描述229直角坐標系下彈性體邊界上的力平衡方程直角坐標系邊界四面體微元上的應力分布

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.5應力描述230平面極坐標系內，一點處有三個獨立應力分量：兩個正應力，一個切應力

平面極坐標內應力描述

平面極坐標系下的應力平衡方程平面極坐標下微元體的應力分布

4.2彈性敏感元件的基本特性彈性元件的位移是其位置變化；位移連續變化；

在三維直角坐標系，某點位置和位移分別為

4.2.6位移描述231三維坐標系位置、位移描述示意圖在平面極坐標系某點位移為

——平面極坐標系中徑向和切向的單位動矢量平面極坐標系位置、位移的描述示意圖平面極坐系位移描述示意圖

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.7應變描述232考慮一線段AB長度的變化，則該線段的正應變為考慮兩線之間夾角的變化，如圖所示；線段AB與線段BC的切應變（剪應變）為正應變描述切應變描述

4.2彈性敏感元件的基本特性4.2.7應變描述233

三維直角坐標系中，一點處應變有六個獨立分量：三個正應變、三個切應變

平面極坐標系中，一點處應變有三個獨立分量：兩個正應變、一個切應變

4.2彈性敏感元件的基本特性2344.2.8應力應變關系

胡克——1635～1703，1678年彈性定律發表在他的講演集《態勢的恢復》(針對典型彈性體)科西1822年引入“應力”“應變”及G.格林的改進后才具有現代形式（廣義胡克定律）牛頓(1643～1727)——萬有引力的思考

4.2彈性