第二章 传感器的功能材料及加工工艺..

如何制造柔性电子传感器的关键技巧和步骤柔性电子传感器是一种具有可弯曲、可拉伸、可折叠等特性的新型传感器。

它能够适应复杂的表面形状，为电子设备提供更大的灵活性和可穿戴性。

制造柔性电子传感器的关键技巧和步骤主要包括材料选择与表征、加工工艺以及性能测试等方面。

首先，选择合适的材料至关重要。

柔性电子传感器所使用的材料应具备较高的柔韧性和导电性能。

常见的柔性基底材料包括聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜以及聚酰亚胺薄膜等。

此外，导电材料的选择也非常重要。

常用的导电材料有金属纳米颗粒、导电聚合物等，它们能够提供良好的导电性能并适应材料的柔性。

其次，对所选材料进行表征和处理。

在材料表征方面，可以利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段来观察材料的形貌和微观结构。

通过对材料表面进行处理，可以提高材料与导电材料之间的粘附性和界面接触性能，例如利用等离子体处理、激光刻蚀等技术。

接下来是加工工艺的关键步骤。

首先是柔性基底的制备。

通过选择合适的加工方法如剪切、滚压等，可将柔性基底加工成所需形状和尺寸。

然后是导电薄膜的制备。

可以利用溶液法、物理气相沉积等方法在柔性基底上制备导电薄膜。

此外，为了提高导电薄膜的导电性能和可靠性，还可以进行热处理、光照处理等工艺。

制备完毕后，还需要进行柔性电子传感器的性能测试。

常见的测试项目包括导电性能测试、柔性性能测试和传感性能测试等。

导电性能测试可通过四探针法或电阻测试仪来测量电导率和电阻率。

柔性性能测试主要包括柔性度、抗拉伸性能、耐弯曲性等指标的测量。

传感性能测试则需要根据具体传感器的功能进行，如温度传感器可以通过温度特性测试来验证其灵敏度和准确性。

除了上述关键技巧和步骤，还需要注意一些常见的问题和挑战。

首先是材料的兼容性问题，传感器材料之间应具有良好的匹配性，避免不同材料之间的失配导致性能下降。

其次是柔性基底的稳定性和耐久性问题，特别是在频繁弯曲或拉伸的情况下，需要考虑基底材料的稳定性以及导电薄膜与基底的附着强度。

随着科学技术的不断发展，自动化智能化一步一步走入人们生活中的每一个角落。

然而自动化与智能化的实现无疑离不开传感器。

传感器这个大家族之中，电容式传感器又占有举足轻重的位置。

电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。

缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。

本课程设计设计了一种基于MEMS的电容式测量加速度的传感器。

基于微机电系统( MEMS)技术的微机械加速度传感器具有体积小、质量轻、启动快、功耗低、易集成、可靠性好、抗过载能力强和成本低廉等诸多优点，在航空航天、汽车技术机器人技术、工业自动化、掌上电子产品等诸多领域得到了广泛的应用。

根据其敏感信号方式，可以分为微型电容式速度传感器、微型压阻式加速度传感器、微型压电式加速度、感器和微型隧道电流式加速度传感器等。

关键词：电容加速度传感器信号放大微电子机械系统第一章绪论 (3)1.1 课题研究的相关背景 (3)1.2 选题的目的和意义 (4)1.3 课题研究的内容 (5)1.4 国内外研究现状 (5)1.5 传感器目前存在的主要问题 (5)第二章结构设计 (6)2.1 微机械电容式加速度计的结构设计原则 (6)2.2 微机械电容式加速度计的三种常见结构 (6)2.3 电容式加速度传感器设计方法选择与优化 (7)2.4 电容加速度传感器结构梁的设计 (10)2.5微机械电容式加速度传感器的设计参数 (14)2.6传感器工作原理及数据计算 (16)2.7微机械加工工艺 (17)第三章测控电路 (18)3.1转换电路 (18)3.2正弦波产生电路 (19)3.3仪用放大器 (20)3.4相敏检波电路 (21)3.5滤波电路 (22)第四章技术指标 (23)4.1壳体固定要求 (23)4.2滑块与壳体接触面的光滑度要求 (23)4.3测控电路的要求 (23)第五章传感器适用范围 (23)5.1影响适用范围的因素 (23)5.2加设重力加速度传感器 (23)第六章总结与展望 (24)6.1数据关系 (24)6.2与书本上面的测加速度传感器对比 (24)第七章总结与展望 (24)7.1总结 (24)7.2展望 (24)参考文献 (25)附录1 (26)附录2 (27)附录3 (28)第一章绪论1.1 课题研究的相关背景传感器是一种应用非常广泛的设备，在各种自动控制过程中，它能迅速客观地反映出实际情况。

绪论一、传感器：将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定的规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。

二、传感技术：是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测（传感）原理、材料科学、工艺加工等三要素的最佳结合。

三、传感器的组成：传感器一般有敏感元件、转换原件和测量电路三部分组成，有事还需要加辅助电源。

四、传感器分类：1.按输入量分类如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。

2.按测量原理分类现有传感器的测量原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。

如根据变电阻的原理，相应的有电位器式、应变式传感器；根据变磁阻的原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。

3.按结构型和物性型分类所谓结构型传感器，主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号，这种传感器目前应用的最为普遍。

物性型传感器则是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。

五、传感器的发展趋向1.传感器的固态化，2、传感器的集成化和多功能化3.传感器的图像化4.传感器的智能化第1章传感器的一般特性§1-1 传感器的静态特性传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为静态特性。

传感器静态特性的主要指标有以下几点：一、线性度(非线性误差)在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。

二、灵敏度传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。

线性传感器校准曲线的斜率就是静态灵敏度K。

第1篇传感器技术绪论1.传感器引言当我们看见“传感器技术”的时候，大多数同学都不陌生。

传感器已经渗透到了我们生活的各个层面。

看看下表，就知道了。

请同学们自己补充2-3项举例。

看来传感器技术确实是喜欢电子的人必不可少的一项技术。

那么，什么是传感器呢？就做电子技术的人来说，狭义上传感器是将被测量转换为电信号的一种器件或装置。

但是，我们看见上表中出现了体温计和血压计，很多同学认为它们并不是电信号输出。

实际上，国家标准GB7665-87对传感器的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

这里所说的“可用输出信号”是指便于加工处理、便于传输利用的信号。

现在电信号是最易于处理和便于传输的信号。

所以，我们可以暂时以电信号输出作为我们课程的学习对象的。

传感器也可以定义为是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。

1.1人类进步发展与传感器在人类文明史的历次产业革命中，感受、处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。

在l8世纪产业革命以前，传感技术由人的感官实现：人观天象而仕农耕，察火色以冶铜铁。

从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多地由人造感官，即工程传感器来实现。

传感器的发展是推动人类进步的巨大力量。

传感器系统代替了人类实现了大量的自动化检测与控制，是把人从繁重的体力劳动中解放出来的关键器件。

那么，把它与人的感觉相比较可以帮助我们学习传感器更多知识。

1.2人的感官与传感器技术人类最早感受周围环境的变化是通过人体感知的，我们的耳可以听见声音、鼻可以闻到味道、眼可以看见周围环境、舌可以品尝各种味道、皮肤可以感受冷暖。

有人说传感器就是电五官，这是说如果将计算机比作人的大脑的话，那么传感器的地位和功能就相当于我们的身体。

传感器生产工艺流程
《传感器生产工艺流程》
传感器是一种能够感知和测量外部环境的设备，广泛应用于工业控制、汽车电子、智能家居等领域。

传感器的生产工艺流程是一个复杂的系统工程，包括原材料采购、生产加工、检测测试等多个环节。

首先，传感器生产的第一步是原材料的采购。

传感器的主要材料包括半导体材料、金属材料和塑料等。

生产商需要从供应商处购买各种材料，并对材料进行严格的检验，确保材料符合要求。

其次，经过材料采购之后，生产商需要对原材料进行加工。

针对不同类型的传感器，加工工艺也会有所不同。

一般来说，加工包括切割、钻孔、焊接、组装等步骤，需要使用各种设备和工具进行生产加工。

然后，传感器生产的关键步骤之一是测试检测。

在生产过程中，需要对传感器进行严格的测试，确保其性能稳定和可靠。

测试包括功能测试、性能测试、环境适应性测试等多个方面，只有通过严格测试的传感器才能被发布出厂。

最后，传感器生产的最后一步是包装和出货。

经过生产和测试的传感器需要进行包装，以保护其外壳和电路不受损坏。

然后，将包装好的传感器进行入库管理和出货发运。

总之，传感器生产工艺流程是一个复杂而严谨的系统工程，需要对材料、加工、测试等多个环节进行严格控制和管理，以确保传感器的品质和性能。

简述传感器的基本原理及组成
传感器是一种将物理量转换为电信号或其他可读取形式的装置，广泛应用于制造业、交通运输、环境保护、医疗卫生等领域。

其基本原理及组成如下：
1. 基本原理：传感器的基本原理是利用某种物理效应，将被测量的物理量转换成与之相关的电信号或其他可读取形式的信号。

常见的物理效应有压阻效应、电磁感应效应、霍尔效应、压电效应、光电效应等。

2. 组成：传感器由传感元件、信号处理电路和输出部分三大部分组成。

传感元件是将被测物理量转换成电信号的核心部分，信号处理电路用于对传感元件采集的信号进行放大、滤波、线性化等处理，使其符合特定的输入要求，输出部分则将处理后的信号输出到显示器或控制器等设备中。

3. 传感元件的分类：传感元件按照不同的物理效应可分为多种类型，如压阻传感器、磁敏传感器、电容传感器、光电传感器、超声波传感器、红外传感器等。

4. 信号处理电路的作用：信号处理电路的主要作用是将传感元件采集到的信号进行放大、滤波和线性化等处理，以获得符合特定输入要求的信号。

这样可以避免因传感元件输出信号过小或不稳定等问题导致的误差和干扰。

5. 输出部分的作用：输出部分主要将处理后的信号输出到显示器或控制器等设备中，以实现对被测物理量的监测、测量和控制。

总之，传感器的基本原理是利用物理效应将被测量的物理量转换成与之相关的电信号或其他可读取形式的信号，通常由传感元件、信号处理电路和输出部分三大部分组成。

通过对被测量的物理量进行转换和处理，传感器可以实现对物理量的监测、测量和控制。

在材料的许多应用中，电导性是非常重要的。

由于电导性能的差异，材料被应用在不同的领域。

半导体材料已作为电子元件广泛应用于电子领域，成为现代电子学的一个重要部分。

如电阻发热元件，在高温（>1500℃）下能维持其力学性能不变；各种半导体敏感材料，如压敏材料、热敏材料、光敏材料、快离子导电材料、气敏材料等是制作各类传感器的重要材料之一，由于它们与信息和微机等高新技术的发展密切相关，因而获得了迅猛发展和广泛的应用，成为功能材料的一个重要分支。

利用具有零阻电导现象的超导材料制作的新型电子器件也已获得应用。

此外还有性能几乎不受温度和电压影响的欧姆电阻。

这些材料的应用都是利用了材料的电导特性。

无机材料是良好的绝缘材料，是输配电及无线电工业中主要的材料之一，常用于低压和高压绝缘。

因此材料绝缘性能的好坏是非常重要的。

5.1电导的物理现象5.1.1 电导的宏观参量（1）电导率和电阻率电流密度J J=E/ρ=E σ （2.1）式中ρ=R(S/L)，为材料的电阻率。

电阻率的倒数定义为电导率σ，即σ=1/ρ。

也可写为J=σE （2.2）这就是欧姆定律的微分形式，它适用于非均匀导体。

微分式说明导体中电流密度正比于该点的电场，比例系数为电导率σ。

（3）迁移率和电导率材料的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。

电流密度定义为单位时间内通过单位面积迁移的电荷量，即J=nqv 。

根据欧姆定律的最一般表达式J=E σ，得到电导率为σ＝J/E ＝nqv/E (2.3)令μ＝v/E ，并定义为载流子的迁移率。

其物理意义是载流子在单位电场中的迁移速度。

因此电导率是载流子浓度和迁移率的乘积σ＝（nq ）μ （2.4）如果载流子为离子，则需要考虑原子价态z ，则上式可以写成σ＝（nzq ）μ在一种材料中对电导率有贡献的载流子常常不只一种。

在这种情况下，第i 种粒子的电导率为 σi ＝n i z i q i μi于是总的电导率可由下式给出 （2.5）（2.5）式反映电导率的微观本质，即宏观电导率σ与微观载流子的浓度n ，每一种载流子的电荷量q 以及每种载流子的迁移率的关系。

压阻式压力传感器加工工艺流程
压阻式压力传感器是一种利用电阻值随着受力而发生变化的传感器。

下面是压阻式压力传感器的加工工艺流程的一般步骤：材料准备：
选择适用于制造压阻式压力传感器的材料，通常包括导电材料如硅或聚合物基底。

确保所选材料具有良好的弹性和耐腐蚀性。

基底制备：
切割、成型或加工基底材料，以形成传感器的主体结构。

这可能包括采用厚度均匀的薄片、膜片或其他形式。

导电层制备：
在基底表面或嵌入基底中添加导电层，通常使用导电材料如铜、银或聚合物导电体。

这一层将在受到压力时发生形变，导致电阻变化。

敏感区域设计：
确定传感器上的敏感区域，即在受力时会发生形变的区域。

通常，这是导电层覆盖的区域，形成电阻变化的关键部分。

连接线加工：
添加电极或导线以连接传感器的导电层。

这些连接线将允许电阻变化的信号传递到电子设备中进行测量和分析。

封装和保护：
对传感器进行封装，以保护其免受环境条件的影响，如湿度、腐蚀或物理损伤。

封装通常使用防水、防尘的材料。

校准和测试：
在生产之前，对传感器进行校准，确保其输出与受力的准确关系。

进行必要的功能测试，以验证传感器在各种条件下的性能。

成品检验：
进行整体的成品检验，确保每个传感器都符合规格要求。

测试样品，验证它们在实际使用中的性能。

包装和交付：
将传感器进行包装，以便在运输和存储期间保持其完整性。

将成品交付给客户或下游制造商。

这个流程是一般的压阻式压力传感器制造过程，实际的步骤可能会因制造商和应用而有所不同。

传感器工作原理传感器是一种能够感知、感应并转换物理量或化学量的设备，广泛应用于各行各业。

本文将介绍传感器的工作原理，帮助读者更好地理解传感器的运行机制。

一、传感器的基本原理传感器的工作原理基于物理或化学现象的变化，通过转换这种变化来获得相应的电信号输出。

传感器分为许多种类，如温度传感器、压力传感器、光敏传感器等，每种传感器都有其独特的原理。

1. 温度传感器温度传感器利用物体的热膨胀原理进行温度测量。

当物体受热时，温度传感器内部的材料也会随之热膨胀，从而改变其电阻、电容或电压等特性，通过检测这些特性的变化，可以确定物体的温度。

2. 压力传感器压力传感器使用压力对传感器内部材料的压缩或拉伸作用进行测量。

当外部施加压力时，传感器内部的弹性元件会发生形变，从而改变电阻、电容或电压等特性，通过测量这些特性的变化，可以确定压力的大小。

3. 光敏传感器光敏传感器利用光辐射对半导体材料电导率的影响进行测量。

当光照射在光敏传感器上时，光子与半导体材料发生相互作用，导致导电能力的改变，通过测量电阻或电流的变化，可以确定光照强度。

二、传感器的工作流程传感器的工作流程可以分为感知、转换和输出三个阶段。

1. 感知阶段传感器的感知阶段是通过感知元件来感知外部环境的变化。

感知元件对于不同的传感器而言有所不同，它可以是温度敏感材料、倾斜开关、光敏元件等。

感知元件的选择与被测量的物理量相关。

2. 转换阶段当感知元件感知到环境变化后，传感器内部会进行相应的物理或化学转换，将外部的变化转化成可测量的电信号。

转换过程中会利用一定的电路设计和工作原理，使信号的变化得以准确地转化为电信号。

3. 输出阶段传感器输出阶段是将转换后的电信号输出给后续系统进行处理或分析。

输出信号可以是电压、电流或数字信号等形式。

传感器的输出通常需要经过放大、滤波等处理，以确保输出信号的准确性和可靠性。

三、传感器的应用领域传感器广泛应用于各个领域，包括工业、农业、医疗、环境监测等。

第二章 材料科学与工程的四个基本要素 MSE 四要素；– 使用性能，材料的性质，结构与成分，合成与加工两个重要内容；– 仪器与设备，分析与建模§2.1 性质与使用性能 1. 基础概念2. 性质与性能的区别与关系3. 材料的失效分析4. 材料（产品）使用性能的设计5. 材料性能数据库6. 其它问题 2.1.1基础内容 材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的应。

材料性质描述• 力学性质；强度，硬度，刚度，塑性，韧性物理性质；电学性质，磁学性质，光学性质，热学性质 化学性质；催化性质，防化性质 结构材料性质的表征----材料力学性质 强度：材料抵抗外应力的能力。

塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能 力。

硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。

刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。

疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能 力。

韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

6强度范畴刚度范畴塑性范畴韧性范畴应力应 变2.1.1基础内容7材料的物理性质磁学性质光学性质电学性质· 导电性 · 绝缘性 · 介电性· 抗磁性 · 顺磁性 · 铁磁性· 光反射 · 光折射 · 光学损耗 · 光透性热学性质· 导热性 · 热膨胀 · 热容 · 熔化注：上面只列出了材料的主要物理性质2.1.1基础内容物理性质的交互性----材料应用的关键点现代功能材料不仅仅表现出单一的物理性质，更重要的是具备了特 殊的物理交互性。

例如： 电学----机械 电致伸缩 机械----电学 压电特性 磁学----机械 磁致伸缩 电学----磁学 巨磁阻效应 电学----光学 电致发光 性能定义在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的 规范所获得的表征参量。

传感器的生产工艺传感器的生产工艺包括传感器的设计、加工、组装和测试等流程。

以下是一个大致的传感器生产工艺流程。

1. 传感器设计：传感器的设计是整个生产工艺的基础。

在设计阶段，需要明确传感器的功能需求、性能指标和适用环境等。

设计师根据这些需求，通过计算和仿真等方法确定传感器的结构、材料和工作原理等。

2. 材料选择：根据传感器的设计要求，选择适用的材料。

传感器的材料应具备好的电气、热学和机械性能，同时对测量物理量有较好的响应。

常用的传感器材料包括金属、陶瓷、半导体和聚合物等。

3. 加工制造：传感器的制造通常通过加工技术来完成。

根据传感器的结构和材料，可以采用不同的加工方法，如数控机床加工、激光切割、电火花加工等。

加工过程中，需要控制加工精度和表面质量，以保证传感器的性能和可靠性。

4. 组件组装：传感器的组装包括将不同的零部件组合在一起，形成一个完整的传感器。

这一过程通常需要进行精密的装配操作，包括焊接、粘接、螺纹连接等。

组装过程中要注意传感器的连接质量和结构的稳定性。

5. 传感器测试：传感器的测试是确保传感器性能的关键步骤。

测试过程中，需要进行静态测试和动态测试。

静态测试主要包括参数测试、灵敏度测试和线性度测试等，动态测试主要是测试传感器的响应时间和动态特性。

6. 质量控制：整个生产工艺中，质量控制是一个重要的环节。

在加工和组装过程中，需要定期进行质量检查和排除不良品。

合格的传感器需要经过严格的质量检验，确保其性能和可靠性达到要求。

总之，传感器的生产工艺涉及到传感器的设计、材料选择、加工制造、组件组装、测试和质量控制等多个环节。

每个环节都需要严格控制和操作，以确保传感器的性能和可靠性。

传感器的生产工艺将不断推动传感器技术的发展与应用。

传感器的转换原理（第二章）1传感器的概述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。

在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。

这些不同提法，反映了在不同的技术领域中，只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。

如在电子技术领域，常把能感受信号的电子元件称为敏感元件，如热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件等，在超声波技术中则强调的是能量的转换，如压电式换能器。

这些提法在含义上有些狭窄，而传感器一词是使用最为广泛而概括的用语。

1.1 传感器技术的特点①涉及多学科与技术，包括材料科学，机密机械、微电子、机械加工工艺、材料力学、弹性力学、计算机科学、物理学、生物化学、测试技术等。

②品种繁多，被测参数包括热工量、电工量、化学量、物理量、机械量、生物量、状态量等。

③应具有高稳定性、高可靠性、高重复性、低迟滞、快响应和良好的环境适应性。

④应用领域广泛，无论是高兴技术，还是传统产业，都需要应用大量的传感器。

⑤应用要求千差万别，有的量大面广，有的专业性很强，有的要求高精度，有的要求高稳定性，有的要求高可靠性；有的要求耐振动，有的要求防爆等。

⑥发展相对缓慢。

研制一旦成熟，其生命力强，如应变式传感技术已有70年的历史，目前仍然占有重要的地位。

1.2 传感器技术发展趋势近年来传感器技术发展的主要趋势表现在一下5个方面。

1)新材料、新功能的开发应用传感器材料是传感器技术的重要基础，无论是何种传感器，都要选择恰当的材料来制作，而且要求多用的材料具有优良的机械特性，不能有材料缺陷。

近年来，在传感器技术领域，所应用的新型材料主要有以下几类。

①半导体硅材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅蓝宝石等。

由于硅材料具有相互兼容、优良的电学特性和机械特性，因此面采用硅材料研制出各种类型的硅微结构传感器。

②石英晶体材料包括压电石英晶体和熔凝石英晶体（又称石英玻璃），它具有极高的机械品质因数和非常好的温度稳定性。