微机电系统及工程应用
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作者莫锦秋，梁庆华，王石刚 编著
出版社化学工业出版社
ISBN9787122238832
出版时间2015-08
装帧平装
开本16开
纸张胶版纸
页数191页
定价58元
货号1874137
上书时间2024-07-13
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【书 名】 微机电系统及工程应用
【书 号】 9787122238832
【出 版 社】 化学工业出版社
【作 者】 莫锦秋，梁庆华，王石刚 编著
【出版日期】 2015-08-01
【版 次】 1
【开 本】 16开
【页 码】 191
【定 价】 58.00元
【编辑推荐】
《微机电系统及工程应用》是“现代机电一体化技术丛书”之一。本丛书邀请了研究光机电一体化**科研院校的多位专家参与编写，另外国内没有将光、机、电一体化技术作为一个整体技术门类来介绍的同类书。
【内容简介】
本书主要从普及的角度介绍了微机电系统及其相关技术的应用。全书共12章，分别对微机电系统的定义、起源及研究现状、制造技术、系统构成、设计技术进行了深入浅出、通俗易懂的介绍。本书的特点是信息量大、系统全面，包含了微机电系统制造过程中微机械加工、微封装、微检测各个环节；微机电系统构成中的各种微传感器、微执行器、微构件、微系统的工作机理；先进的微机电系统设计技术以及计算机辅助技术；多种设计手段和实用软件。
本书可供希望了解或采用微机电系统的工程技术人员阅读，也可作为机械工程类学生学习专业选修课的参考书。
【目录】
第1章概论/001
1.1微机电系统的定义/1
1.2微机电系统的发展现状/3
第2章微尺度效应/6
2.1概述/6
2.2微执行器的尺度效应/7
2.2.1静电执行器的尺度效应/7
2.2.2电磁执行器的尺度效应/8
2.2.3SMA执行器的尺度效应/9
2.3微流体的尺度效应/9
2.4微尺度热学/11
2.4.1热传导的尺度效应/12
2.4.2热交换的尺度效应/13
2.4.3热辐射的尺度效应/13
2.5微摩擦基础/13
2.6尺度效应的一个实例/14
第3章微机电系统材料/16
3.1概述/16
3.2硅材料/16
3.3压电材料/18
3.4形状记忆合金/19
3.5超磁致伸缩材料/20
3.6聚合物/21
3.7电流变体/22
第4章微机械制造技术/23
4.1概述/234.2微机电系统中的传统超精密与特种加工技术/23
4.2.1超精密机械加工/23
4.2.2微细电火花加工/24
4.2.3高能束微机械加工技术/25
4.3微机电系统常用的集成电路工艺/26
4.3.1薄膜成形/26
4.3.2掺杂技术/28
4.3.3光刻技术/29
4.4硅微机械加工技术/32
4.4.1体微加工技术/32
4.4.2表面微加工/36
4.4.3键合技术/37
4.5LIGA工艺/40
4.6微封装/42
4.6.1晶片级封装/43
4.6.2单芯片封装/43
4.6.3多芯片与微系统封装/45
4.6.4表面微加工法封装/45
4.6.5三维堆装/46
第5章微检测技术/47
5.1概述/47
5.2微结构的材料特性检测技术/47
5.2.1弹性模量的测定/47
5.2.2微结构材料应力的检测/49
5.2.3微结构材料热物性参数的检测/54
5.3微机电系统构件的几何量检测/56
5.3.1光学法测量几何尺寸/57
5.3.2扫描隧道显微测量技术/60
5.3.3薄膜构件的膜厚测量/61
5.4微系统的性能检测/62
5.4.1结构动态参数的识别/62
5.4.2微执行器运动的检测/64
5.4.3动态微结构的视觉检测法/64
第6章微构件/68
6.1概述/68
6.2结构梁/68
6.3薄膜/71
6.4铰链/756.5隧道探针/77
6.6压阻换能器件/78
6.7静电微构件/80
6.8可动质量块/83
第7章微执行器/84
7.1概述/84
7.2静电执行器/85
7.3压电执行器/89
7.4电磁执行器/92
7.5热执行器/94
7.6微流体执行器/96
第8章微传感器/99
8.1概述/99
8.2微型物理传感器/100
8.2.1微型力学量传感器/100
8.2.2微型光学量传感器/109
8.2.3微型热学量传感器/110
8.2.4微型声学量传感器/111
8.3微型化学量传感器/112
8.3.1微型气体传感器/112
8.3.2微型离子敏传感器/114
8.4微型生物传感器/115
8.4.1生物传感器的分类/115
8.4.2悬臂梁式生物传感器/118
第9章微构件及微器件制造工艺/121
9.1悬臂梁的制造工艺/121
9.2悬空结构的制造工艺/123
9.3薄膜的制造工艺/124
9.4微器件制造工艺示例/126
第10章微系统及应用/132
10.1概述/132
10.2在汽车工业中的应用/132
10.2.1压力传感器/13210.2.2硅加速度传感器/132
10.3微机器人/133
10.4微型飞行器/135
10.5在航空航天中的应用/136
10.6在医学中的应用/138
10.6.1植入式人造器官/138
10.6.2体内显微手术/138
10.6.3微喷雾给药/139
10.7在军事武器中的应用/140
10.8在生物科学中的应用/142
10.8.1DNAPCR扩增芯片/142
10.8.2DNA毛细管电泳芯片/143
10.8.3微型DNA流体控制芯片/144
10.8.4集成DNA微系统芯片/144
10.9在信息技术中的应用/144
10.9.1微光机电器件/145
10.9.2无线电微机电系统/147
第11章微机电系统设计技术/150
11.1概述/150
11.2微机电系统设计的概念、任务及类型/154
11.2.1微机电系统设计概念及本质/154
11.2.2设计类型/155
11.2.3微机电系统设计内容/155
11.2.4VLSI、宏机械以及微机电系统设计/156
11.2.5设计原则/157
11.3微机电系统设计过程/157
11.4微机电系统现代设计方法简介――健壮性设计/160
11.4.1健壮性设计理论/160
11.4.2优化算法/162
11.4.3实例――两自由度微谐振器/164
11.5微机电系统设计方法学与发展方向/166
第12章微机电系统计算机辅助技术/168
12.1概述/168
12.2MEMSCAD设计原则/169
12.3MEMSCAD结构体系/170
12.4MEMS建模与仿真/171
12.4.1加工过程模拟/172
12.4.2器件特性仿真/17312.4.3器件行为模型与系统仿真/174
12.5宏模型/174
12.5.1微机械宏模型技术现状及类型/175
12.5.2宏模型设计的基本原则和常用方法/176
12.6建模语言VHDL-AMS简介/177
12.6.1VHDL-AMS语言的起源：VHDL语言/177
12.6.2VHDL-AMS语言基本特点/177
12.6.3VHDL-AMS语言的语法/178
12.6.4微机械系统VHDL？AMS描述举例/181
12.7常用软件介绍/182
12.7.1SUGAR/182
12.7.2AnsysMems/186
12.7.3MEMSPro/189
参考文献/192
【文摘】
10.3 微机器人
微机器人集微机械、微电子等综合技术为一体，成为微机电系统的更高层次的典型代表。微机器人能够“潜入”狭小的空间并且不扰乱周围环境。如潜入人体的血管、脏器中进行诊断或治疗；进入航空、航天发动机、汽轮机等大型复杂设备的狭小空间进行故障探测、检查和修补等工作。目前各国，特别是西方发达国家，都正致力于微机器人的研究，在某种程度上反映了一个国家在高新技术领域内的研究能力和水平。
微机器人的应用主要集中在军事、工业、医学及基础学科等研究领域。如在生物医疗方面，微机器人可辅助进行细胞区分等辅助诊断以及眼部、脑部微细手术。在移动或处理微组织、区分细胞、DNA分析、运用STM或AFM操纵样品等各项研究方面，微机器人也发挥着重要作用。又如微型军用机器人既可以完成各种侦察任务，又可以对敌方人员进行主动攻击或对关键设备进行破坏。
有关微机器人的定义目前尚无统一说法，但其基本特点可归纳为几点。
①微机器人的整体尺寸为毫米级或更小，零部件尺寸为毫米级或微米级，采用微细加工技术或精密加工技术制成。
②能完成模拟人的某种特定动作（如观察、移动、拿取等操作）。系统中包括或部分包括微传感器、微致动器、微操作器、微能源及控制单元等。
③高级微机器人具有一定的智能。
美国麻省理工学院研制的用于情报收集和窃听的“蚊子机器人”就是微机器人的一个典范。日本早稻田大学的形状记忆合金微机器人、东京大学的爬坡微机器人、名古屋大学的管道移动微机器人等都具有一定的代表性。
就微机器人系统来说，又分为单微机器人系统和多微机器人系统。
单微机器人系统通常是将微传感器、微致动器、微能源及控制单元等根据微机器人特定的功能巧妙地组合在一个微小的机体内。由于体积很小，不能装载更多的元件，通常用于完成某种特定的单一任务。美国德州约翰逊宇航中心研制的一种由太阳能驱动的机器蝴蝶就是一例。它内部装有简单的控制系统，具有飞行功能，能被发射升空进入地球轨道以完成某些空间探测任务，并将信息传递给接收站。
多台微机器人构成多级系统或机器人群，可各司其职、相互补充、协调工作。如军用侦察传感器构成分布式战场微型传感器网络，可准确地探测并查明敌人的作战部署与军队调动。实施的方案是，在重要的作战地区的上空使用无人驾驶飞机大量布撒廉价的可以随意使用的微型传感器系统；高空无人驾驶飞机利用安装在飞机上的调制偶角反射通信系统的编码激光记录每个微型传感器的位置；传感器系统开始收集、处理与储存情报信息，直到其他的无人驾驶飞机再次利用相同的编码激光发出询问，每个传感器再次通过调制偶角反射器将其数据传递给无人驾驶飞机为止。这种微机电系统在布设、耐久性等方面有明显的优点，比现有的战区远程监视系统的部署更便利快速更完整。
【前言】
丛书序
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。机电一体化产品是集机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高的功能和附加值。
目前，国际上产业结构的调整使得各个行业不断融合和协调发展。作为机械与电子相结合的复合产业，机电一体化以其特有的技术带动性、融合性和普适性，受到了国内外科技界、企业界和政府部门的特别关注，它将在提升传统产业的过程中，带来高度的创新性、渗透性和增值性，成为未来制造业的支柱。我国已经将发展机电一体化技术列为重点高新科技发展项目，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
随着机电一体化技术的不断发展，各个行业的技术人员对其兴趣和需求也与日俱增。但到目前为止，国内还鲜有将光机电一体化技术作为一个整体技术门类来介绍和论述的书籍, 这与其方兴未艾的发展势头形成了巨大反差。有鉴于此，由北方工业大学、东华大学、上海交通大学和北京联合大学联合编写“现代机电一体化技术丛书” ， 旨在适时推出一套机电一体化技术基本知识和应用实例的科技丛书，满足科研设计单位、企业及高等院校的科研和教学需求，为有关技术人员在开发机电一体化产品时，提供从产品造型、功能、结构、材料、传感测量到控制等诸方面有价值的参考资料。
本丛书共十二种，包括《机电一体化系统分析、设计与应用》、《机电一体化系统软件设计与应用》《机电一体化系统接口技术及工程应用》、《机电一体化系统设计及典型案例分析》、《光电子技术及其应用》、《现代传感器及工程应用》、《微机电系统及工程应用》、《光机电一体化技术产品典型实例：工业》、《光机电一体化技术产品典型实例：民用》、《现代数控机床及控制》、《楼宇设备控制及应用实例》、《服务机器人》。
本丛书的基本特点，一是内容新颖，力求及时地反映机电一体化技术在国内外的*新进展和作者的有关研究成果；二是系统全面，分门别类地归纳总结机电一体化技术的基本理论和在国民经济各个领域的应用实例，重点介绍了机电一体化技术的工程应用和实现方法，许多内容，如楼宇自动门的专门论述，尚属国内首次；三是深入浅出，重点突出，理论联系实际，既有一定的深度，又注重实用性，力求满足不同层次读者的需求，适合工程技术人员阅读和高校机械类专业教学的需要。
由于本丛书涉及内容广泛，相关技术发展迅速，加之作者水平有限，时间紧促，书中不妥之处在所难免，恳请专家、学者和读者不吝指教为盼！
“现代机电一体化技术丛书”编委会
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