第一章微机电系统（MEMS）概论
掌握MEMS的基本概念、尺度范围；
w1-1 试给出微机电系统的定义。
微机电系统，是在微电子技术基础上结合精密机械技术发展起来的一个新的科学技术领域。一般来说，MEMS是指可以采用微电子批量加工工艺制造的，集微型机械元件和微电子于一体的微型器件、微型系统。
从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的集成微器件、微系统。
典型MEMS器件的长度尺寸约在1um~1mm。
了解MEMS技术的发展过程
掌握MEMS与微电子技术的对比特征；
1.微型化Miniaturization 。微米量级空间里实现机电功能，典型MEMS器件的长度尺寸约在1um~1mm。
2.集成化Microeletronics Integration ，从而提高功能密度。
3.规模化Mass Fabrication with Precision。采用微加工，形成类似IC的高精度批量制造、低成本、低消耗特征
MEMS的加工与一般传统加工方法的对比特征。
w1-4 微型机件的加工与一般传统加工方法的区别在哪里？
1.两者设计与制作方法不同。
2.控制方法和工作方式不同。
3.与环境的关系不同。
4.不能忽略尺度效应。
理解MEMS微尺度效应的概念。w1-5 尺度效应的概念。
传统机械材料是经过熔炼、压延、切削加工成形，微机械结构的加工使其物理性能与整体材料不同，其性能随构件结构和制造工艺参数变化很大。尺寸微小化对材料的力学性能和系统的物理特性产生很大影响
第二章MEMS材料
掌握微机电系统主要材料——硅的晶体结构；二氧化硅、氮化硅、碳化硅基本物理性能、用途和制备方法
晶体结构:硅属于立方晶体结构
SiO2：
1 作为选择性掺杂的掩模：SiO2膜能阻挡杂质(例如硼、磷、砷等)向半导体中扩散的能力。
2 作为隔离层：器件与器件之间的隔离可以有PN结隔离和SiO2介质隔离。SiO2介质隔离比PN结隔离的效果好，它采用一个厚的场氧化层来完成。
3 作为缓冲层：当Si3N4直接沉积在Si衬底上时，界面存在极大的应力与极高的界面态密度，因此多采用Si3N4/SiO2/Si结构可以除去Si3N4和衬底Si之间的应力。
4 作为绝缘层：在芯片集成度越来越高的情况下就需要多层金属布线。它之间需要用绝缘性能良好的介电材料加以隔离，SiO2就能充当这种隔离材料。
5 作为保护器件和电路的钝化层：在集成电路芯片制作完成后，为了防止机械性的损伤，或接触含有水汽的环境太久而造成器件失效，通常在IC制造工艺结束后在表面沉积一层钝化层，掺磷的SiO2薄膜常用作这一用途。
6.填充空腔的牺牲层。
氮化硅：
耐腐蚀，能为器件提供优良的钝化层。
高机械强度，适合做很薄的器件，如膜片、梁（厚度约1um）等。
掌握微机电系统最常用的功能材料、应用特点，了解其制备方法（沉积、外延、掺杂、..）。
求下列4种标准晶片能容纳尺寸为2mm*4mm芯片的最大数量。芯片在硅片上平行排列，间距0.25um。标准晶片尺寸和厚度:
(1)Φ100mm（4in）*500um，
(2)Φ150mm（6in）*750um，
(3)Φ200mm（8in）*1mm，
(4)Φ300mm（12i n）*750um。
第三章MEMS的制造技术
1.理解IC工艺的基本概貌、流程；理解薄膜相关的三大类工艺：氧化、沉积、外延，区别不同工艺特点；理解掺杂原理及应用；掌握光刻工艺原理与技术特点（正胶和负胶特点）。
氧化：
将硅片在氧化环境中加热到900~1000℃，在硅表面生长出一层二氧化硅的成膜技术。
根据氧化剂分类：
水蒸气氧化——氧化剂是水蒸气
干氧氧化——氧化剂是氧气
湿氧氧化——氧化剂是水蒸气和氧气的混合物。（氧化膜质量好、速度快）氧化速率受氧气压力和晶体取向影响。
化学气相沉积
使一种或数种物质的气体以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。
可制备金属膜、介质膜、多晶硅膜等。
已发展多种实用的CVD技术。按淀积温度可分为低温（200-500℃），中温（500-1000℃），高温（1000-1200℃）三种；按反应压力分为常压与低压；按反应壁温度可分为热壁与冷壁两类，按反应激活方式可分为热激活、等离子体激活，光激活等。目前最常用的是常压冷壁、低压热壁、等离子激活等三种淀积方法。
物理气相淀积
是通过能量或动量使被淀积的原子（也可能是分子团）逸出，经过一段空间飞行后落到衬底上而淀积成薄膜的方法。
外延：
在单晶体基底上生长一层单晶体材料薄膜。典型厚度1~20um。
特点：外延层能形成与沉底相同的晶向，因而可在外延层上进行各种横向或纵向的掺杂分布和蚀刻加工，可利用外延形成的单晶及p-n结，实现自停止蚀刻。
外延沉积技术：气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）。
掺杂：
掺杂是人为的方法.将所需杂质按要求的浓度与分布掺入到材料中,以达到改变材料的电学性质,形成半导体器件的目的。利用掺杂技术可以制备p—n结，电阻器、欧姆接触和互连线等。
掺杂技术在集成电路制造中主要采用扩散法与离子注入法。应根据实际需要，选择合适的掺杂方法。
光刻工艺
是一种图象复印同刻蚀(化学的、物理的、或两者兼而有之)相结合的综合性技术。它先用照相复印的方法，将光刻掩模的图形精确地复印到涂在待刻蚀材料（二氧化硅、铝、多晶硅等薄层）表面的光致抗蚀剂（亦称光刻胶）上面，然后在抗蚀剂的保护下对待刻材料进行选择性刻蚀，从而在待刻蚀材料上得到所需要的图形。
光刻胶有两大类：一类叫负性光刻胶，其未感光部分能被适当的溶剂溶除，而感光的部分则留下，所得的图形与光刻掩模图形相反；另一类叫正性光刻胶，其感光部分能被适当的溶剂溶除而留下未感光的部分，所得的图形与光刻掩模图形相同。
采用负性光刻胶制作图形是一种人们熟知而且容易控制的工艺。其涂层对环境因素不那么灵敏，且具有很高的感光速度，极好的粘附性和搞蚀能力，成本低，适用于工业化大生产。
负性光刻胶的主要缺点是分辨率较低，不适于细线条光刻。
2.掌握体微加工的基本原理，掌握各向同性腐蚀和各向异性腐蚀技术及其这2种腐蚀技术的
常用湿法腐蚀剂；理解湿法加工与硅晶体结构之间的关系，特别是与硅片表面标识之间的关系（刻蚀角度、钻蚀）；掌握腐蚀自停止的几种原理。理解键合的用途，了解几种键合技术的基本原理。
3.掌握表面微加工的基本原理，理解结构层、牺牲层在此种加工的重要作用、常用材料及特
性。
——去除衬底的部分材料，形成独立的机械结构（如悬臂梁、膜）或者独特的三维结构（如空腔、穿透衬底的孔、台面等）。
硅、玻璃、砷化镓等材料都可采用体微加工技术。
牺牲层材料为结构层提供支撑即起空间定位作用，具备机械上的坚固性和化学上的可靠性。后
期被有选择去除，以释放出上面的结构层。可获得有空腔或可活动的微结构。
表面微加工器件的典型组成：牺牲层（空隙层）、微结构层、绝缘层。
1. 表面微加工材料
对材料的性能要求：
1）结构层必须满足应用所需的电学性能和机械性能、表面特性等。
2）牺牲层材料必须有足够的力学性能，以保证不引起制作过程的结构破坏。同时既满足工艺条件又对后续工序无不利影响。
3）化学腐蚀剂需有好的刻蚀选择性、合适的流动性和表面张力，保证牺牲层全部被刻蚀掉。4）微构建通常要求有较厚的结构层和牺牲层（大于5um，）因而要注意材料选择和工艺兼容（淀积、刻蚀、均匀性）
应用于表面微构件的薄膜存在着较大的残余应力，该残余应力场对薄膜淀积条件和后工艺过程十分敏感。这些残余应力影响着构件负载特性、输出、频率其他重要运行参数，所以在形成一个表面微加工工艺以前充分理解和掌握这些机械特性。
薄膜机械性能如杨氏模量、泊松比和屈服强度等对微构件特性也起着同样重要的作用，这些性能对材料性质也十分敏感，必须给予充分的注意。
氧化硅作为牺牲层材料，氮化硅作为基体绝缘材料，氢氟酸作为化学腐蚀剂。
4.掌握LIGA技术的基本原理、特点及其适用性，理解其工艺流程与设备特点。
光刻电铸模造（LIGA）工艺
LIGA技术是一种基于X射线光刻技术的三维微结构制造工艺。LIGA是德语光刻、电镀和压模的简称。1986年由德国原子核研究中心W.Ehrfild等开发出来。
主要包括：X光深度同步辐射光刻、电铸制膜和注模复制（注塑）三个工艺步骤。
可制造高达500深宽比、形状精度亚微米级的三维厚微结构；可加工硅、各种金属、陶瓷、塑料及聚合物等材料。可进行高重复精度的大批量生产。
5.了解特种工艺的的原理特点
思考题：
w2-1要在硅晶片上沉积具有良好绝缘特性的高质量二氧化硅，应选择哪种薄膜沉积技术？详细描述该技术。
金属有机物化学气相沉积，是一种可对薄膜厚度高精度控制的一种沉积技术，其优点是膜的厚度均匀，纯度好，密度高，可控制组份比例，有良好的附着性和台阶覆盖性
w2-2 简述溅射沉积技术，说明其优缺点。
溅射沉积技术是利用在电场中加速后的、带电荷的离子具有一定动能的特点，将离子引向建设材料，在离子能量合适时，入射离子与靶表面原子碰撞，使靶原子溅射出来，沿一定方向射向沉底，形成薄膜。
1.它可以沉积用真空蒸镀法较难得到的化合物，并使沉积的化合物薄膜质量得到改善。
2.在较低温度下得到高熔点材料沉积为薄膜，膜片均匀，纯净，附着力强。
3.溅射需要高压射频电场，要求比真空蒸镀法高。
w2-2 简述化学气相沉积技术，说明其优缺点。
利用含有薄膜材料的气态物质在热固体表面进行化学反应，生成固态薄膜的方法。主要包括：常压化学气相沉积（APCVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）。
w2-3 各向同性腐蚀和各向异性腐蚀有何区别？写出几例这2种腐蚀技术的湿法腐蚀剂。
?各向异性腐蚀——刻蚀速率与衬底的晶向有关。
?各向同性腐蚀——各方向刻蚀速率相同。
1）湿法各向异性
?硅表面的缺陷、腐蚀液的温度、腐蚀液所含的杂质、腐蚀时扰动方式以及硅腐蚀液界面的吸附过程等因素对刻蚀速度以及刻蚀结构的质量都有很大的影响。
?湿法各向异性常用腐蚀液
–碱性腐蚀液：氢氧化钾（KOH）、NaOH、CsOH、RbOH等
–氢氧化铵（NH4OH）。四甲基氢氧化铵（TMAH）[(CH3)4NOH]
–EDP(乙二胺-邻苯二酚)（有时也称EPW）
2）湿法各向同性腐蚀
?湿法各向同性常用腐蚀液:最常用由氢氟酸（HF）、硝酸（HNO3）和乙酸（CH3COOH）组成的混合物，称为HNA。调整这三种酸的混合比得到不同的硅腐蚀速率及对掩模材料的腐蚀选择性。
?原理：各向同性常用腐蚀液中硝酸（HNO3）作为氧化剂与硅氧化反应生成二氧化硅，氢氟酸（HF）将其溶解。
?由于腐蚀液中含有HF，因而二氧化硅在腐蚀液中的腐蚀速率较快，约300?/min。
w2-5比较体硅加工和表面硅加工的不同。
w3-4 试述LIGA工艺及其优点和缺点。
课后作业：
3-1如左图所示穿透硅衬底的宽度10um的腐蚀开口。硅衬底<100>晶向，厚300um。采用硅各向异性腐蚀技术，忽略<111>面腐蚀速率。请确定衬底开口背面掩膜窗口宽度尺寸w。
3-2右图示掩膜，利用硅各向异性腐蚀技术在{100}衬底上腐蚀孔腔，求经过一小时后，衬底正面腐蚀窗口的尺寸，考虑横向钻蚀。设<111>晶向腐蚀速率0.05um/min，<100>晶向腐蚀速率1um/min。
3-3 常规表面为机械加工工艺为2层结构层材料和2层牺牲层材料，如图。已知衬底材料是硅，结构层1是金，结构层2是聚对二甲苯。从下列材料中确定一组可行的备选材料作为牺牲层1和2：LPCVD氮化硅、LPCVD氧化硅、光刻胶。说明所列每种材料选或不选原因及其参考资料来源（提示：有可能所有材料都无法满足条件）。
结构层2 1um 聚对二甲苯
牺牲层2 1um
结构层1 1um 金
牺牲层1 1um
衬底硅
第四章传感器和执行器工作原理
理解传感器和执行器的几种基本传感驱动原理（电、磁、光、热等）。
电容器通常定义为可以储存相反电荷的两个导体，既可作传感器也可作执行器。
当电容器的间距和相对位置因外加激励而改变时，其电容值也随之改变，这就是静电敏感；当电压或电场施加于两个导体时，导体之间产生静电力，定义为静电执行。
热敏感与执行原理
温度敏感可用于分析热行为，还可利用热传递过程完成物体之间的距离、媒介的的运动速度、材料的特性等物理参数的测量。
掌握形状记忆合金、电致伸缩、磁致伸缩等几种典型智能材料的概念、现象与基本工作原理。
形状记忆合金（SMA）利用应力和温度诱发相变的机理，将以在高温下定型的合金，放置在低温或常温下产生塑性变形，当环境温度升高到临界温度（相变温度）时，合金变形消失，恢复到定型时的原始状态。在恢复过程中，合金能产生与温度呈函数关系的位移或力，或二者兼备。
特点：结构简单；直流、交流、或脉冲电流均可用于驱动；适于集成。加热速度可快，冷却速度依赖传导及辐射，不易控制。
第五章微传感器
掌握传感器定义、组成（两个部分）、按照探测物理量的分类、特征性能。
传感器sensor的定义:
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。传感器的组成
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;
转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
按被测物理量的性质分类
如被测物理量为温度、压力、流量、位移、速度等，则相应的传感器分别称为温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器、速度传感器等。
优点:
比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用。
掌握压力传感器的电容、压阻、谐振传感原理；加速度传感器的电容、压阻、谐振传感原理，传感器结构及其工艺；
传感器——两个部分：感受被测量（敏感元件）/转换成可用输出信号（转换元件）
调节器——（电）信号AD转换/放大/调制/滤波/解调
输出转换器——转换成显示、记录或执行的能量形式
压力传感器主要结构特征——膜片、双固梁；
按工作原理分类：
1. 压阻式压力传感器
2. 电容（静电）式压力传感器
3..谐振式
了解电、磁、光传感器、流动参数传感器、半导体气敏传感器的基本传感原理。
思考题：
w4-2 试述传感器的定义和分类。
传感器sensor的定义:
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;
转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
按被测物理量的性质分类
如被测物理量为温度、压力、流量、位移、速度等，则相应的传感器分别称为温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器、速度传感器等。
优点:
比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用。
w5-3 参考有关文献，说明一种微型传感器的工作原理。
第六章微执行器
掌握基于静电效应的变电容马达的工作原理、结构、制作工艺方法；了解电磁式等各种微马达的原理、结构；理解微泵、微阀等微流量控制系统的不同结构种类与不同致动方法。
思考题：
w5-4 参考有关文献，说明一种微型执行器的工作原理及制作工艺。
基于平行运动的梳状电极，通过时序控制施加在定子电极各齿面上的电压，使转子受到转动力矩，产生旋转运动。
第七章微机构和微系统
掌握微型铰链、轴承的微结构和加工工艺。了解其它微机构、微系统的微结构。
思考题：
w5-4 参考有关文献，说明一种微型机构的微结构及制作工艺。
第八章MEMS封装
掌握MEMS封装技术的级别，
1）芯片级——组装保护微细元件；
2）器件级——包含相应的信号调节和处理；
3）系统级——将多种器件（传感器、执行器和电子器件）封装在一个模块，构成系统。理解主要封装工艺，
了解封装材料，
主要有金属、陶瓷、塑料。
了解封装新技术。
1.倒装焊
2.球栅阵列
3.多芯片封装
4.三维（3D）封装技术
机电一体化系统综合实训心得体会（一） 我在xxx年x月参加xx公司主办的全国机电一体化师资培训班，在培训期间，就机电一体化专业的发展和方向做了介绍，参观了xx技师学校的实训基地，其中包括柔性系统，触摸屏在行走机械手中的应用，plc在行走机械手中的应用，变频器调速的应用。 其中，tvt-metsa自动生产线拆装与调试实训装置包括以下内容：气动技术、传感器检测技术、直流电机驱动技术、步进电机驱动技术、伺服电机驱动技术、触摸屏应用技术、上位机监控技术、plc工业网络技术、变频调速技术、plc 技术、故障检测技术、机械结构与系统安装调试技术、人机接口技术、运动控制技术等，是一款设计优秀的学生试验实训平台。 学习的模块包括有：电源模块、mm420变频器与交流三相同步电机模块、tp177b触摸屏的使用，井式供料单元、皮带传送与检测单元、电感传感器、电容传感器调整方法、到位传感器cx421调整方法、行走机械手搬运与仓库单元、行走机械手搬运与仓库单元、旋转编码器、切削加工单元、多工位装配单元。
接下来的学习内容是：触摸屏在行走机械手中的应用，其中包括：在触摸屏上制作两个按钮，一个按钮摁下后，行走机械手前移动，一个按钮摁下后，行走机械手后移动。触摸屏通过通信电缆与s7-200的通信口连接的，以ppi或mpi 通信方式与plc进行数据交换。触摸屏直接对plc输出进行写入操作，使与导通或关断，来控制直流电机的正转与反转。从而控制行走机械手的左移动与右移动。plc的i/o分配、编写触摸屏程序、通信参数设置、变量的连接、触摸屏按钮的制作、为按钮设置变量函数、触摸屏程序的下载、网络线连接的计算机ip设置、simaticwinccflexibleXX通信设置、plc程序编写、调试。 任务二：在plc任务四的基础上，增加触摸屏功能， 1、在触摸屏上制作两个按钮，一个按钮摁下后，行走机械手前移动，一个按钮摁下后，行走机械手后移动。 2、在触摸屏上制作数据显示框，实时显示高速计数器的当前值。 3、在触摸屏上制作数据输入框，可输入2号仓库的地址。 其中包括内容：i/0域的制作、i/o域变量的选择、plc 程序编写、调试。 第三个大内容：plc在行走机械手控制中的应用 其中包括：使用设备介绍、i/o分配、程序下载、程序
穿销单元工件穿销实验报告 一、前言 模块化柔性制造综合实训系统最大特点是以机器人技术为核心的技术综合性和系统性，又兼顾模块化特征。综合性体现在机器人技术、机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、PLC工控技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术的有机结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。 系统模块化结构，各工作单元是相对独立的模块，并具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。 通过该系统，学生经过实验了解生产实训系统的基本组成和基本原理，为学生提供一个开放性的，创新性的和可参与性的实验平台，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。可以促进学生在掌握PLC技术及PLC网络技术、机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术等方面的学习,并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和高级语言编程等技能得到实际的训练，激发学生的学习兴趣，使学生在机电一体化系统的设计、装配、调试能力等方面能得到综合提高。体现整体柔性系统教学的先进性。 二、实验目的 1、了解PLC的工作原理； 2、掌握PLC编程与操作方法； 3、了解气缸传感器的使用方法； 4、掌握PLC进行简单装配控制的方法。 三、实验设备 1、模块化柔性制造综合实训系统一套； 2、安装西门子编程软件STEP7-MicroWIN SP6的计算机一台； 3、西门子S7-200 PLC编程电缆一条。 四、实验原理 学生可通过实验验证工业现场中如何使用PLC对控制对象进行控制，我公司提供PLC源程序，学生可在源程序的基础上进行进一步编程，将编写好的程序通过编
微机电系统复习资料 第一章绪论 一、MEMS：特征尺寸在1um~1mm范围内的机械叫做微型机械。 三个特征：微型化（主要体现在体积、重量、耗能、惯性），集成化（体现在将不同功能、敏感、执行元素集成在一起），可批量生产 （特征尺寸、孔腔、沟道、悬臂梁）。 二、代表性器件：数字胃镜（DMD），喷墨打印机的喷头（销量最高），微 静电电机，机械陀螺仪（用于导航）。 三、与微电子产业相比的特征：1、三维可动装置2、多功能（生物、化学、 电能……） 、涉及的材料多4、封装和自组装工艺5、生产工艺和制造技术（制造技 术主要有体微加工技术、表面微加工技术和LIGA，其中LIGA上课没讲） 第二章 一、微型化的标度：表面积/体积比，主要考虑其比值缩小带来的影响，主 要体现在表面力、摩擦力占的主导作用。 二、应力（单位是Pa,压强）、应变 弹性模量=应力/应变 梁发生最大弯曲处：扰度、粘附 数测量：1，几何特征（大小）：光学显微镜（光学），台阶仪（机械），扫描电子显微镜（SEM，电学） 2，表面形貌：探针技术（机械探针和光学探针）， SEM，原子力显微镜（AFM） 3，应力和应变的测量：1），硅片弯曲，传统的，测 整个硅片，精度低，不可以测弹性模量2），X射线 衍射法（XRD），拉曼光谱法，测量简单，设备昂 贵，精度低3）加载变形和谐振频率法，光路复
杂、精度高、可以测弹性模量 第三章工作原理和敏感材料 一、压阻敏感（应变系数，变阻器） 常见压阻材料（三类）：金属应变器（受温度影响小），单晶硅（涉及掺杂），多晶硅（应变系数小于单晶硅，衬底多） 二、压电效应： 定义：在机械压力作用下会产生电荷和电压 起因：晶体中离子电荷的位移变化引起的极化 代表性材料：石英，钛酸钡（BaTiO3），PET 机电耦合性系数： 三、热敏感：喷墨头，热电偶（测温，自供电，不需外接电源），串联形成 热电堆（用于测温），热电阻器（用作加热装置），两种加热材料：铂（金属材料），多晶硅（半导体材料） 四、静电敏感（代表器件：微静电电机） 静电敏感相比于与静电执行的优点： 1，结构简单，只需两个导电表面2，功耗低，依赖于电压差而非电流3.，响应快，转换速度由充放电时间决定。充放电时间—— 平板电容，叉指电容（IDT） 第四章 一、掺杂 两种工艺： 扩散：固溶度——掺杂物在材料中不改变其晶体结构的最大浓度 离子注入：加速离子穿入硅片，晶格碰撞，随机过程 二、等离子体（由电子、离子、带电粒子组成，对外呈中性） 特征：高密度 产生条件：真空 三种应用： 1）制备方面：辅助不同工艺，沉积材料 2）掺杂：辅助不同工艺对基底材料掺杂 3）刻蚀、微加工或移除基底材料 三、材料：1）衬底材料：硅——机械性能、高温稳定，用110面晶向， 较易加工 石英——透光性好，耐高温
《微机电机械系统》 学习心得 众所周知，21世纪是一个信息经济时代。为适应时代的发展，作为一名当代大学生，所受的社会压力将比任何时候的大学生都要来得沉重，因此在校期间，我们必须尽可能的利用好学习时间，尽可能地学习更多的知识和能力，学会创新求变，以适应社会的需要。 毕竟，不管将来是要从事什么样的相关行业，都需要掌握较为全面的电子知识，因为小到计算机的组装维修，大到器件的设计与制造，知道的更多更全面，那么对于自己以后找工作以及参加工作帮助就越大。在知识经济时代，没有一个用人单位会傻到和知识作对。 基于这样对社会现状的认识，让我积极、认真地对于学习微机电机械系统有了较为良好的心理基础。而我在第一次接触电子就觉得很新鲜，觉得很奇妙，但随着需求的变化，自己对电子接触的不断深入，认识越来越深，特别是进到大学，专业要求学习电路分析，模拟电路，数字电路，微机电机械系统等等之类。 通过学习微机电机械系统，我了解到：微机电系统是一种先进的制造技术平台。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支。 微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。 微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉等优点。、性能稳定等。微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，使微观尺度制造技术的演进与革命。微机电系统是当前交叉学科的重要研究领域，涉及电子工程、材料工程、机械工程、信息工程等多项科学技术工程，将是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。
机械创新设计与制作综合实验指导书1 机电一体化系统实验 编著者：陈照强宋雪丽王毅 机械工程学院 2007年2月16日
一、机电一体化概念 机电一体化技术又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。机电一体化在国外被称为Mechatronics，是日本人在20 世纪70 年代初提出来的，它是用英文Mechanics 的前半部分和Electronics 的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合，现已得到包括我国在内的世界各国的承认。我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。 机械技术是一门古老的学科，它发展到今天经历了一个漫长的历史时期。机械是现代工业的物质基础，国民经济的各个部门都离不开机械。机械种类繁多，功能各异，不论哪一种机械，从诞生以来都经历了使用—改进—再使用—再改进，不断革新和逐步完善的过程。对于某一种形式的机械，一般来说都有一定的局限性，或者说都有一定的适用范围、存在某些固有的缺点，这就迫使人们寻找新的工作原理，发明新型的机械．从而使得具有同一用途的机械具有不同的种类。机械本身的发展也是无止境的，但是这种发展却是缓慢的。各种机械发展到今天．单从机械角度对它们进行改进是越来越不容易了。随着科学技术的发展，一个比较年轻的学科——电子技术正在蓬勃发展，从分立电子元件到集成电路（IC），从集成电路到大规模集成电路和超大规模集成电路，特别是微型计算机的出现，使电子技术与信息技术相结合并向其他学科渗透，把人类带人了一个神化般的世界。信息技术（3C 技术）的主体包括计算机技术、控制技术和通信技术。电子技术与计算机技术同机械技术相互交叉，相互渗透，使古老的机械技术焕发了青春。在原有机械基础上引入电子计算机高性能的控制机能，并实现整体最优化，就使原来的机械产品产生了质的飞跃，变成功能更强、性能更好的新一代的机械产品或系统，这正是机电一体化的意义所在。 机电一体化技术是现代科学技术发展的必然结果。由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来．形成今天的机电一体化技术。可以说电子技术在机电—体化的形成和发展过程中起到了关键性的作用。 二、机电一体化系统的构成 对于一个机电一体化产品或设备，应将它作为一个系统来研究。所谓机电一体化，就是要以系统的整体的思想来考虑复杂机电系统许多综合性的技术问题。例如，—台多关节机器人，就存在着各运动部件之间的力耦合；各运动轴伺服系统的干扰和相互影响；系统动力学与控制规律和运动精度之间的关系；机器人与外围设备的连接；机器人各部分之间的协调运动和机器人防护安全连锁的问题、这些问题即构成了机器人的系统技术问题，必须通过系统工程和系统设计的理论来解决。这里所说的系统是指通过一些元件的有机结合来实现某一特定的功能，而系统工程则是为使系统达到最佳状态而对系统的组成部件、组织结构、信息传递、控制机构等进行分析、设计优化的技术。 系统设计的特点首先是具有综合性，它把系统内部和外部综合起来考虑。要设计一个复杂的系统，首先就要把系统分解成许多分系统，建立各个分系统的数学模型，最后再进行最优设计。系统设计的另一个重要特征是系统的均衡设汁，均衡设计就是要恰当地选择元件，以构成性能优异的系统。如果设计者只注重元件设计而忽视优化组合过程，则即使是经过精心筛选的元件也可能组成性能低劣的系统。机电一体化产品或系统就是通过信息技术将机械技术与电子技术融为一体构成的最佳系统，而不是机械技术和电子技术的简单叠加。机电一体化系统通常由五大要素构成、即动力源、传感器、机械结构、执行元件和电子计算机。机电一体化系统的功能在很大程度上决定于控制系统。控制系统不仅与计算机及其输入输出通道有关，更与所采用的控制技术密切相关。控制技术必须从系统工程的角度出发，探讨那些能够使各功能要素构成最佳组合的柔性技术和一体化技术，有机地和灵活地运用现有的机械技术、电子技术和信息技术，采用系统工程的方法，使整个系统达到最优化，即设计最优化、加工最优化、管理最优化和运行方式最优化。
姓名：学号： 课程名称：机电系统控制基础实验 实验序号： 1 实验日期： 实验室名称： 同组人： 实验成绩：总成绩： 教师评语： 教师签字： 年月日
机电系统控制基础原理性仿真实验 一、实验目的 通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性，分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用matlab 软件对机电系统进行仿真，加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 二、实验原理 1．一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-1 所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图2-1 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图 2．一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图如图2-2 所示。 图2-2 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图 3．二阶系统的单位脉冲响应 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-3 所示。 图2-3 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图
4．二阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图如图2-4 所示。 图2-4 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图 三、实验要求 1. 掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性。 2. 掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法。 3. 使用matlab 软件对机电系统进行仿真 四、实验结果 1. 一阶系统的单位脉冲响应 Simulink 模型图如图4-1 图4-1 一阶系统单位脉冲响应模型图 单位脉冲函数波形图如图4-2 图4-2 单位脉冲函数波形图
MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。MEMS 是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。 MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。 MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 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。沿着系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向，可以预见：MEMS会给人类社会带来另一次技术革命，它将对21世纪的科学技术、生产方式和人类生产质量产生深远影响，是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。 制造商正在不断完善手持式装置，提供体积更小而功能更多的产品。但矛盾之处在于，随着技术的改进，价格往往也会出现飙升，所以这就导致一个问题：制造商不得不面对相互矛盾的要求——在让产品功能超群的同时降低其成本。 解决这一难题的方法之一是采用微机电系统，更流行的说法是MEMS，它使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上。MEMS对消费电子产品的终极影响不仅包括成本的降低、而且也包括在不牺牲性能的情况下实现尺寸
西安广播电视大学开放教育 机械制造与自动化（机电方向）专业（专科）机电一体化系统综合实训 学生姓名：范澍萱 学号： 1461101451464 指导老师：万宏强 分校：莲湖分校 时间：2016年5月20日
机电一体化系统综合实训 表面粗糙度测量计实习 一、任务目的与要求 1.1目的 1.1.1了解表面粗糙度测量计的组成，建立表面粗糙度测量的概念 1.1.2 了解表面粗糙度测量计的机械结构和传动原理 1.1.3学习传感器的工作原理及其正确接线 1.1.4学习各单元之间的通信方法和系统调试 1.1.5增强团队合作精神 1.2要求 1.2.1 熟悉机械部分的组成、工作原理 1.2.2 绘制机械部分的工作原理图 1.2.3 绘制所研究系统的图 1.2.4了解各模块控制信号的类型 1.2.5熟悉各模块所用传感器类型、结构、工作原理、性能和使用 1.2.6正确分析传感器信号与其它传感器信号的传送过程 二、实习内容及过程 1 绪论 1.1前言 机械加工中，表面特征的研究是控制机械零件表面质量的重要内容，而表面粗糙度是表面特种的重要技术指标之一。随着机械加工工艺水平的提高，对零件的表面质量提出了越来越高的要求。无论用何种加工方法加工，在零件表面总会留下凹凸不平的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象，粗加工后的表面用肉眼就可以看到，精加工后的表面用放大镜或者显微镜仍能观察到，这就是零件加工后的表面粗糙度，过去称为表面光洁度。国家规定表面粗糙度的参数由高度参数、间距参数和综合参数组成。 1.2题目背景和意义
表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它的大小对零件表面的摩擦磨损、疲劳强度、冲击强度、耐腐蚀性、接触刚度和抗震性、配合性质、测量精度和密封行等有很大的影响。粗糙度测量有接触测量和非接触测量两大类方法。触针式接触测量粗糙度参数的方法具有精度高，稳定性好的优点。该课题就是针对触针式测量粗糙度的测量系统进行改造。 1.3国内外表面粗糙度测量系统的研制情况 表面粗糙度与零件表面功能有着密切的关系，因此人们在很早以前就认识到测量表面粗糙度的重要性。但由于技术工艺水平的落后，最早只能单纯的依靠人的视觉和触觉来估计，即通过目测手触摸试件与标准样块进行比较，随着生产技术的发展，人们又采用了比较显微镜进行比对。这些原始的测量方法只能对表面微观不平度做出定性的综合评定。自从1927年德国的施马尔茨（Schmaltz）发明了用光杠杆进行放大的表面轮廓记录仪后，人们就一直致力于表面质量的研究，从此开始了对表面粗糙度的数量化描述。近年来，由于计算机技术、电子技术、数据处理能力的提高，研制了许多三维表面微观形貌测量仪，使得在局部表面上三维评定表面粗糙度成为可行，而且国际上方兴未艾。 2系统方案选择与论证 2.1设计要求 本院实验室有一台“221-7”型SORTRONIC的粗糙度轮廓仪，本设计就是在对其研究的基础上，结合新型粗糙度轮廓仪的发展方向对其进行设计改造。如图2.1所示 图2.1表面粗糙度轮廓仪
第七章电气传动控制系统实验 第一节晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 一、实验目的： 1、熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 2、掌握掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二、实验设备 1、教学实验台主控制屏1个 2、负载组件1套 3、电机导轨及测速发电机1台 4、直流电动机1台 5、双踪示波器 1台 6、万用表 1台 三、背景知识 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Uc作为触发器的移相控制电压，改变Uc的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。工作原理图如图7-1所示。 图7-1晶闸管直流调速系统工作原理图
四、实验注意事项、实验内容与实验步骤 注： （1）由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。 （2）为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。 （3）电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。 1、电枢回路电阻R的测定 电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n。为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图7-2所示。 图7-2 晶闸管直流调速系统电阻R测试线路图 （1）将变阻器R d接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。 （2）低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。调节触发电路及晶闸管主回路脉冲偏移电压电位器RP2，使α=150°。 （3）电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。 （4）调节G给定U g使整流装置输出电压U d=（30~70）%U ed（可为110V），然后调整Rd使电枢电流为（80~90）%I ed，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 （5）调节Rd，使电流表A的读数为40% I ed。在U d不变的条件下读取A，V表数值，则 Udo=I2R+U2 （6）求解两式，可得电枢回路总电阻
1、M E M S的概念？列举三种以上M E M S产品及应用？ 微机电系统(MEMS：Micro Electro-Mechanical System)指微型化的器件或器件组合，把电子功能与机械的、光学的或其他的功能相结台的综合集成系统，采用微型结构(包括集成微电子、微传感器和微执行器；这里“微”是相对于宏观而言)，使之能在极小的空间内达到智能化的功效。 微机电系统主要特点在于：(1)能在极小的空间里实现多种功能；(2)可靠性好、重量小且能耗低； (3)可以实现低成本大批量生产。 主要应用领域、产品：压力传感器、惯性传感器、流体控制、数据存储、显示芯片、生物芯片、微型冷却器、硅材油墨喷嘴、通信等。 2、何谓尺度效应？在MEMS设计中，如何利用尺度效应？ 当构件缩小到—定尺寸范围时将会出现尺寸效应，即尺寸的减小将引起响应频率、加速度特性以及单位体积功率等—系列性能的变化。构件特征尺寸L与动力学特性关系如表所示。 不同性质的作用力与尺寸的依赖关系不同，从而在微观研究中所占比重有所不同。例如，电磁力与尺寸是L2，L3，L4的关系，幂次较高，从而相对影响铰小；而静电力与尺寸是L0，L-2的关系，幂次较低，影响程度较大。 3、湿法刻蚀和干法刻蚀的概念及其在MEMS中的应用？ 刻蚀就其形式来说可分为有掩膜刻蚀和无掩膜刻蚀，无掩膜刻蚀较少使用。有掩膜刻蚀又可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀一般用化学方法，这种方法刻蚀效率高，成本低，但是其刻蚀精度不高，公害产重(用大量的化学试剂)。干法刻蚀种类很多，有溅射刻蚀、离于铣、反应离子刻蚀和等离子刻蚀等。干法刻蚀中包括了化学反应和物理效应，因此其刻蚀精度较高，且适用于各种材料，包括半导体、导体和绝缘材料。 刻蚀分为湿法到蚀和干法刻蚀。它是独立于光刻的重要的一类微细加工技术，但刻蚀技术经常需要曝光技术形成特定的抗蚀剂膜，而光刻之后一般也要靠刻蚀得到基体上的微细图形或结构，所以刻蚀技术经常与光刻技术配对出现。经常采用的化学异向刻蚀方法又称为湿法刻蚀，它具有独持的横向欠刻蚀特性，可以使材料刻蚀速度依赖于晶体取向的特点得以充分发挥。干法刻蚀是指利用一些高能束进行刻蚀。以往的硅微细加工多采用湿法刻蚀。 4、键合的概念，有几种形式？有何用途？ 一个微型机电系统集微传感器、驱动器及处理器于一体，是一个复杂的智能微系统。其制造工艺，有硅表面微加工工艺、硅的体微加工工艺、硅微电子工艺以及非硅材料的微加工工艺。因此，如果把一个微机电系统建筑于同一硅基片上，那它首先不能克服微系统需用硅及作硅材料多样性上的矛盾；其次它无法解决微传感器、微处理器以及微驱动器集成于同一基片结构复杂性的矛盾；最后，在同一基片上无法解决硅表面及体微加工、非硅材料微加工工艺相容性上的矛盾。 如果将整个微机电系统按结构、材料及微加工工艺的不同，分别在不同基片上执行微加工工艺，然后将两片或多片基片在超精密装配设备上对准，并通过键合手段，把它们连接成一完整的微系统，这是获得低成本、高合格率及质量可靠的微系统的唯一途径。因此，键合技术成为微机电系统制作过程中的重要微加工工艺之一，它是微系统组封装技术的重要组成部分。 键合技术主要可分为硅熔融键合（SFB）和静电键合两种。 按界面的材料性质，键合工艺总体上可分为两大范畴，即硅／硅基片的直接键合和硅／硅基片的间接键合，后者又可扩展到硅／非硅材料或非硅材料之间的键合。对于硅／硅间接键合，按键合界面沉积的材料不同，其键合机制也不同，如沉积的是玻璃膜，按不同的玻璃性质，可以进行阳极键合或低温熔融键合；如果沉积的是金膜(或锡膜)，则进行共晶键合；用环氧或聚酰亚胺进行直接粘合。此外，还可借助于其他手段，如超声、热压及激光等技术进行键合。
1、何谓MEMS，Sensors，Actuators，Transducers. MEMS通常指的是特征尺度大于1μm、小于1mm，结合了电子和机械部件，并用IC 集成工艺加工的装置。它是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，并集约了当今科学技术的许多新兴成果。 Sensors是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 Actuators是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。 执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。 Transducers是将信源发出的信息按一定的目的进行变换。 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。 微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感器、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调节工艺介质的流量，从而将被控数控制在生产过程所要求的范围内。 转换器（converter）是指将一种信号转换成另一种信号的装置。信号是信息存在的形式或载体。在自动化仪表设备和自动控制系统中，常将一种信号转换成另一种与标准量或参考量比较后的信号，以便将两类仪表联接起来，因此，转换器常常是两个仪表（或装置）间的中间环节。 详细介绍： 一、（micro-electromechanicalsystem—MEMS）微机电系统基本上是指尺寸在几 厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感器、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、化学、光学、医学、电子工程、材料工程、机械工程、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，为系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。微机电系统在国民经济和军事系统方面将有着广泛的应用前景。主要民用领域是医学、电子和航空航天系统。美国已研制成功用于汽车防撞和节油的微机电系统加速度表和传感器，可提高汽车的安全性，节油10%。仅此一项美国国防部系统每年就可节约几十亿美元的汽油费。微机电系统在航空航天系统的应用可大大节省费用，提高系统的灵活性，并将导致航空航天系统的变革。
机电一体化系统综合实训报告 时光匆匆，岁月如梭! 转眼为期四周的机电一体化系统综合实训实习结束了。在实习期间虽然很累、很苦，但我却感到很快乐!因为我们在学到了作为一名数控技术专业学生所必备的知识的同时还锻炼了自己的动手能力。而且也让我更深刻地体会到伟大的诗人—李白那一名言：只要功夫深，铁杵磨成针的真正内涵! 在这四周里，我们先进行了PLC应用技术的实训。通过两周的实训，使我认识自己还有很多的不足。而具有良好的职业素质和较高的职业技能是构成二十一世纪，面向现代化企业生产、管理一线的高素质技术人员的两个基本要素。职业素质的提高与职业技能的掌握都应是学习与实践统一的特征，应该贯穿到学习的整个过程。电子工艺实训是根据电子信息类高级人才所需的能力结构而规划的，是技术基础能力的训练，也就是为了培养学生基础能力而开设的。而PLC实训目标就是：“培养学生的职业素质和培训学生的职业技能。”职业技能培养的内容包括：1、控制对象的工作原理、运动与动作特征2、PLC的选型与配置3、系统连接与调试4、控制程序的编制与调试 实训进行了两个课题：自动送料专车控制系统的设计和应用plc实现机床液压及主轴的设计，安装与调试。当然其中还学习了画图等一些与自己专业关联的知识。 实训让我了解ＰＬＣ设计原理。有很多实际历年来源于实际，从中找出最适合的设计方法。本次实训脱离不了机体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们造作实训项目的过程中要不停的讨论问题，这样，我们组员可以尽可能的统一思想，这样就不会在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便以后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。 实训期间，我主要负责报告及找资料，但这并不是说我在其他组员在做他们任务是置之不理，与我无关，我在旁边和组员在一起，参与其中的讨论分析，并不是帮助他们解决问题。而同样在解决我的主要问题是，其他组员也会经常帮我解决一些我无法解决的问题。这样，我们组总的来说，完成两个项目还是比较顺利的。 在完成第一个自动送料装车控制系统过程中，由于我的疏忽，把程序指令输错了，s0输成了s2o，因此，在调试过程中花费了不少时间，一起努力分析后还是找到问题所在，并把其解决。由于我的疏忽造成浪费了不少时间，但其他组员并没有说我，而是一起分析，找出原因解决。让我充分感受到团队的温暖！而在第二个项目中我们并没有遇到什么问题，在第二个项目中，学会了电动机的星．三角形接法及其互锁的连接方法。 经过两周的实习，我不仅学习了不少与自己专业相关的知识，而且还懂得了团队的力量，并且让自己更相信一份努力一分收获，积极的学习态度在以后的学习工作中是永远缺少不了的！ 实习的后两个星期是单片机控制技术的实习，为期几天的单片机实训暴露出来很多学习上的问题，这些问题的发现将为我们以后的学习和工作找道路，查漏补缺为进一步学习作好准备！ 本次实验我们组做的课题是《交通灯控制》，这是一个实用性质非常强的题目。 首先，它非常联系我们日常生活，每当我们在马路上走的时候对我们的人身安全关系最密切的莫过于红绿灯，因此设计一款好的性能优异功能强大的交通灯控制系统是对所有车辆行人的一个最大的福音，是对社会的巨大贡献！ 其次，交通灯控制系统是涉及到单片机、电路、信号、数学数字运算等多学科的一门
开放教育专科《机电一体化系统综合实训》教学大纲 重庆广播电视大学机电工程学院 一、课程性质、教学基本目的和要求 《机电一体化系统综合实训》是中央广播电视大学数控技术专业（机电方向）的选修实践课之一。 1、知识目标 在课程试验的基础上，掌握机电一体化系统的控制原理、控制软件编制。 2、技能目标 掌握机电一体化系统的硬件连接、安装调试与操作。 3、素质目标 1）培养学生独立分析和解决问题的能力； 2）培养学生的产品质量意识； 3）培养学生素养，养成一丝不苟的工作习惯； 4）培养学习热情和自学能力，培养学生灵活运用的能力。 二、课程在专业中的地位和与其它课程的关系 《机电一体化系统综合实训》是选修实践课之一，是一门综合实践课程。是对数控机床电气控制、数控自动编程实训（实践）、电工电子技术、可编程控制器应用、液压与气压传动、可编程控制器应用实训等课程的综合应用。 三、课程内容和要求 机电一体化系统综合实训是以运动控制、逻辑控制、检测技术为核心的综合实训。可按项目化单元组织实训。各教学点根据自身具体情况选择其中两项以上（包括两项）的实训项目，并将其有机的结合起来，形成相对完整的实训内容。并以此为据，制定出实施性教学计划。 实训项目一 PLC应用技术 目的要求 1、了解控制对象的工作机理与特征 2、能够根据控制要求选择控制设备（技术性能指标）
3、掌握系统的硬件连接、安装、调试的基本方法 4、掌握典型控制程序的编制方法，实现基本控制功能 主要内容 1、控制对象的工作原理、运动与动作特征 2、PLC的选型与配置 3、系统连接与调试 4、控制程序的编制与调试 实训项目二单片机控制技术 目的要求 1、了解控制对象的工作机理与特征 2、能够根据控制要求选择控制设备（技术性能指标） 3、掌握系统的硬件连接、安装、调试的基本方法 4、掌握典型控制程序的编制方法，实现基本控制功能 主要内容 1、控制对象的工作原理、运动与动作特征 2、单片机的选型与硬件配置 3、系统连接与调试 4、控制程序的编制与调试 实训项目三传感器与检测技术应用目的要求 1、了解控制对象的工作机理与特征 2、能够根据控制要求选择控制设备（技术性能指标） 3、掌握系统的硬件连接、安装、调试的基本方法 4、掌握数据的采集与分析方法。 主要内容 1、控制对象的工作原理、运动与动作特征
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 指导教师：毛卫平 2017年 6月 目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19)
五：参考文献 (20) 一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。 1.2气动回路图
《微机电系统》课程教学大纲 课程代码：010132024 课程英文名称：Micro-Electro-Mechanical Systems（MEMS） 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 微机电系统是制造工程领域的最重要发展方向之一，也是高新技术发展的前沿技术。是20世纪末、21世纪初兴起的工程科学前沿，是当前一个十分活跃的研究领域。它被广泛应用于机械制造工程领域、信息工程领域、医学工程领域、武器装备领域和日常生活中高新技术产品制造领域等，因此，对从事制造工程领域的工程技术人员来说，学习和掌握该知识有着重要的意义。 本课程的教学目标是，通过该课程的教学使学生了解制造工程领域技术的新发展，掌握一定的制造工程领域的最新知识，培养学生的微小机械的设计和制造能力，提高学生的创新思维意识。通过该课程的教学使学生掌握或了解微机电系统的相关基础知识，为后续工作中的技术水平的提高和发展奠定一定的基础。同时，将微机电系统领域的新理论、新方法、新技术等传授给学生。并使学生理解并掌握微机电系统领域理论体系及相关产品在实际中的应用情况。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．掌握微机电系统的概念、技术范畴；了解微机电系统在国民经济中的地位和作用。 2. 掌握微机电系统的设计方法与理念。 3. 掌握典型微机电系统的制造技术方法的原理及关键问题，针对具体加工对象选择相应的方法。 4. 能适当选择微机电系统的测量技术方法，了解相应的原理。 5. 了解微机电系统的发展动态，以及在高新技术领域与国防领域的应用。 （三）实施说明 1. 结合MEMS技术的发展和生产实际，更新教学内容，特别要注重微机电技术发展中新技术的应用。 2. 开展实际工程案例教学，充分利用多媒体等现代化教学手段。 3. 课堂教学要与教师科研实际相结合，培养学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。（四）对先修课的要求 先修课程为：机械制造技术基础理论、机械原理与设计理论、测试技术基础、机械控制工程基础等。 （五）对习题课、实践环节的要求 课外作业：以每个章节内容为单元，实行具有设计性的大作业制。 （六）课程考核方式 1.考核方式：期末考核采用大作业、期末报告或论文形式考核。 2.考核目标：采用课堂的教学模式，加强学生实践能力和自学能力的培养，通过阶段性考核使学生掌握各个环节与阶段的知识，通过最终结业考核使学生系统地掌握或理解课程系统化知识体系。 3.成绩构成：出勤+平时大作业+期末考核，综合评定。 （七）参考书目 《微机电系统设计与制造》，刘晓明编，国防工业出版社，2006年
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 机电控制实训教学系统的 研究与实现 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-8782-76 机电控制实训教学系统的研究与实 现 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 当前，职业教育为区域经济和社会发展的服务功能越来越明显，以服务为宗旨，以就业为导向，走校企合作、产学研结合的发展道路，培养生产服务第一线的高素质的劳动者和高技能实用技术人才已成为职业教育战线的共识，同时也成为社会的共识。 当前，职业教育为区域经济和社会发展的服务功能越来越明显，以服务为宗旨，以就业为导向，走校企合作、产学研结合的发展道路，培养生产服务第一线的高素质的劳动者和高技能实用技术人才已成为职业教育战线的共识，同时也成为社会的共识。而以上人才知识与技能的获得仅仅依靠在学校的学习是远远不够的，只有在实际工作环境中学习才能获得，即要通过工学结合来实现。
在工学结合条件下，学生在实际工作环境中的心理状态和对环境的感受是与学校完全不同的；现代企业理念、良好行为习惯、应变能力、新的实用技能、创新能力也只有在实际工作环境中才能学到或形成。在实践中我们深深认识到：培养什么样的职业岗位人才，就应该有什么样的职业岗位教育环境；技能型人才、实用型人才的培养，只能在工学结合中实现。 目前国内高校在PLC课程教学中普遍面临问题是教学设备落后，跟不上PLC产品的更新换代的问题、教学试验资源有限，实验项目设计不合理、偏重编程练习，对实际项目缺乏整体认识、综合实训项目单一，与实际工作现场出入太大等问题。各高校采用比较多的PLC实训装置为液压传动与PLC实训装置、气动与PLC实训装置、机电气液一体化综合实训装置、PLC实训箱等。 机电控制实训教学系统 机电控制实训教学系统由型材实训台、物料提升机构、物料加工模块、气动机械手、物料输送及分拣