《仪器科学与技术概论》讲座报告之4《MEMS微机电系统》(李宏生)

《仪器科学与技术概论》论文22011127 刘保帅在大一下学期，院系开设了“仪器科学与技术概论”这门课程。

仪器科学与技术概论这门课程主要从MEMS微机电系统，测控技术和国土资源测量，机器人技术与遥感技术，组合导航系统这四个大方向展开。

（一）MEMS微机电系统MEMS微机电系统是一种先进的制造技术平台。

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，但是MEMS更侧重于超精密机械加工，并且涉及微电子、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。

MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果，具有多学科交叉的特点。

MEMS学科的特点主要表现为以下几个方面：微型化，MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短；以硅为主要材料，机械电器性能优良；可以进行批量生产，批量生产可大大降低生产成本；集成化，可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，从而形成复杂的微系统。

MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元和系统。

ＭＥＭＳ技术开辟了一个全新的领域和产业。

在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

（二）测控技术和国土资源测量技术GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于地籍控制测量中。

应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS控制网(简称GPS网)。

GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

应用GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视。

由于GPS技术具有布点灵活、天候观测、观测及计算速度快、精度高等优点，使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。

微机电系统的研究与应用微机电系统（MEMS）是一种高度集成的微小机械和电子元件技术，是微纳制造技术和微电子技术在一起的产物。

MEMS具有多种优点，如体积小、功耗低、成本低、可扩展性强等等，在很多应用领域都有广泛的应用。

本文将介绍MEMS的研究与应用，并探讨其未来的发展前景。

一、MEMS的研究MEMS的研究始于20世纪60年代的加利福尼亚大学伯克利分校。

随着纳米技术的快速发展，MEMS的研究和应用进入了高速发展的阶段。

目前，MEMS领域的研究主要分为三个层面：设计、制造和系统级集成。

1. 设计层面MEMS的设计可以使用多种软件工具，如CAD软件、仿真软件等。

其中，CAD软件包括自动化设计程序和虚拟原型软件，可以帮助MEMS设计师更轻松地创建MEMS结构的物理模型。

仿真软件可以帮助设计师进行操作和测试，以确保设计符合要求。

2. 制造层面MEMS的制造是一种高度技术化的过程，主要包括：CMOS制程、LIGA制程、SOI制程、PDMS制程等。

其中，CMOS制程被广泛应用于MEMS传感器和微型执行器的生产线中。

3. 系统级集成层面MEMS系统级集成是MEMS工业的一个研究重点。

它是将MEMS技术应用到实际系统中的过程，通常包括电路设计、机械部件设计、软件开发等一系列工作。

在这个层面上，集成MEMS 系统通常需要多学科合作，涉及到电子、机械、计算机等多个领域。

二、MEMS的应用MEMS的应用非常广泛，以下是几个常见的领域：1. 生物医学MEMS技术在生物医学领域具有重要的应用价值。

例如，MEMS传感器可以用来监测生命体征、检测血糖、血压等。

微流体芯片可以用来进行药物筛选、细胞培养、DNA芯片检测等。

2. 工业自动化MEMS技术在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。

例如，MEMS传感器和微型执行器可以用来进行无线控制、智能油田开发、智能物流等。

3. 环境检测MEMS技术可以用来检测环境，例如检测空气污染物、水质、土壤质量等。

微机电系统在机械传感器中的应用及进展微机电系统（MEMS）是一种基于微纳技术的集成系统，它将微电子技术、微机械技术和传感器技术相结合，可以制造出微小而高性能的传感器与执行器。

在现代科技发展的背景下，微机电系统在机械传感器方面的应用及进展逐渐受到关注。

本文将就微机电系统在机械传感器中的应用及进展进行探讨。

一、微机电系统的基本原理微机电系统是利用微纳米加工技术将微电子电路和微机械系统集成在一起，实现功能精细、体积微小的系统。

其基本原理包括两个方面：1. 微电子技术：微电子技术是MEMS中的核心，它利用半导体材料和集成电路技术，将传感器与执行器制造在微小的芯片上，实现高精度和高灵敏度的测量与控制。

2. 微机械技术：微机械技术是MEMS中的关键，它利用光刻、腐蚀、薄膜制备等工艺，制造出微小而复杂的结构，如微悬臂梁、微压力传感器等。

这些微结构能够实现物理量与电信号的相互转化。

二、微机电系统在机械传感器中的应用微机电系统在机械传感器领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 加速度传感器：MEMS加速度传感器是微机电系统最成功的应用之一。

它可以测量物体的加速度，并通过微电子电路将加速度转化为电信号。

在汽车安全气囊、智能手机、运动监测等领域中得到了广泛应用。

2. 压力传感器：MEMS压力传感器是另一个重要的应用领域。

通过微压力传感结构的变形，可以测量介质的压力。

MEMS压力传感器在汽车制动系统、工业自动化等领域中有着广泛的应用。

3. 温度传感器：MEMS温度传感器可以测量环境温度，并通过微电子电路将温度转化为电信号。

它在智能家居、医疗设备等领域中得到了广泛应用。

4. 气体传感器：MEMS气体传感器可以测量环境中特定气体的浓度。

它在环境监测、工业安全等领域中发挥着重要作用。

三、微机电系统在机械传感器中的进展随着科技的发展，微机电系统在机械传感器中也取得了不断的进展。

以下是一些进展的方向：1. 尺寸缩小：借助于微纳加工技术的不断进步，MEMS传感器的尺寸可以做到越来越小。

微机电系统技术在医学中的应用微机电系统技术（MEMS）是一种新兴的多学科领域，其涉及电子、机械、光学、材料等多个学科，因此也被称为“微机电一体化技术”。

随着科技进步，MEMS技术已经逐渐地应用到医学领域中，给医疗行业带来了很大的变革，本文就来谈谈MEMS技术在医学中的应用。

1. MEMS技术在医学中的应用MEMS技术的核心是微制造技术，可以制造出微小的元器件和传感器，这些微小的元器件和传感器可以用于制造微型医疗器械和设备，用于医学检测、治疗、诊断等方面。

下面我们将介绍MEMS在医学中的主要应用领域。

1.1 微型内窥镜微型内窥镜是基于MEMS技术制造的一种小型、灵活、便携式的医疗器械。

它可以在不开刀的情况下进行诊断和治疗，可以通过患者口腔、鼻腔、肛门等进行进入，使医生可以直接观察患者内部状况。

微型内窥镜具有独特的成像效果，可以使医生观察到患者内部的病变情况，对于很多疾病的早期诊断帮助很大。

例如，微型内窥镜可以用于口腔、喉部、肠胃等内部器官的检测。

1.2 飞行器飞行器是一种基于MEMS技术制造的一种小型、悬浮在空中、可以在病人身上进行实时监测的无线医疗器械。

飞行器通过微型传感器和微处理器实时检测病人的生理状态，如心率、呼吸、血压等，并将数据传输到云端，随时随地进行监测，可以帮助医生及时了解病人的身体状况，及时进行干预。

飞行器可以用于长期康复期的患者，可以通过飞行器实时监测患者的生理状况，及时调整治疗方案，提高治疗成功率。

1.3 生物芯片生物芯片是一种利用MEMS技术制造的微小芯片，可以用于检测DNA、RNA、蛋白质等生物分子，并可以对这些分子进行定量检测和分析。

生物芯片具有很好的定量、快速、高通量的特点，在基因检测、疾病诊断、药物筛选、食品安全等方面有重要的应用价值。

1.4 仿生智能假肢仿生智能假肢是利用MEMS技术制造的一种小型、灵活、可以实现智能控制的假肢。

仿生智能假肢可以感知人体动作信号，并将信号转化为假肢自身的动作。

微机电系统(mems)研究报告
微机电系统（MEMS）是一种将微米（微薄）尺度的机械系统与先
进的微电子技术和纳米加工技术相结合的领域。

它是一个综合性的交
叉学科，包括机械工程、电子工程、材料科学等多个领域。

MEMS通常
用于制造微型设备以及各种传感器、执行器、微机械系统等。

MEMS技术的发展始于20世纪60年代。

在此之前，人们只能制造出很大的电气机械系统。

然而，伴随着硅微米加工技术的进步，科学
家们终于有能力制造出微型机器。

现在，MEMS技术已经得到广泛应用，例如气体传感器、压力传感器、光学器件、生物传感器等。

MEMS设备的制造非常复杂。

尽管它的大小很小，但有时候需要数百步的加工流程，这通常需要利用高精密的光学和电子设备。

MEMS技
术还需要涉及到虚拟与实际的领域，制造出来的设备通常都需要通过
计算机模拟来测试性能，同时还要回到实验室进行物理实验。

MEMS技术不仅在实验室中被应用于研究，其实在各个领域都有应用。

这些应用通常涉及到小型手机、传感器、医学诊断等领域。

综上所述，MEMS技术代表了一个快速发展的领域，它的出现大大扩展了微电子技术的应用。

这种技术对于现代社会的重要性越来越广泛，它的不断发展和创新相信也会带来更多的惊喜和可能性。

【国防教育】微机电系统—异想天开活灵现教案一、教学目标1. 让学生了解微机电系统（MEMS）的基本概念和发展历程。

2. 使学生认识到微机电系统在国防科技中的应用及其重要性。

3. 培养学生对微机电系统技术的兴趣和创新思维。

二、教学内容1. 微机电系统（MEMS）的基本概念和发展历程。

2. 微机电系统在国防科技中的应用案例分析。

3. 我国微机电系统技术的发展现状及趋势。

4. 微机电系统技术的创新应用和未来发展。

三、教学过程1. 导入：通过展示微机电系统相关的国防科技产品，引发学生的好奇心，激发学习兴趣。

2. 讲解：介绍微机电系统的基本概念、发展历程及其在国防科技中的应用。

3. 案例分析：分析具体的微机电系统在国防科技中的应用案例，让学生深入了解其重要性。

4. 讨论：探讨我国微机电系统技术的发展现状、趋势及未来应用前景。

5. 创新实践：鼓励学生发挥想象，提出微机电系统技术的创新应用方案。

四、教学方法1. 讲授法：讲解微机电系统的基本概念、发展历程及其在国防科技中的应用。

2. 案例分析法：分析具体的微机电系统在国防科技中的应用案例。

3. 讨论法：组织学生讨论我国微机电系统技术的发展现状、趋势及未来应用前景。

4. 创新实践法：鼓励学生提出微机电系统技术的创新应用方案。

五、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和讨论情况，评估学生的参与度。

2. 创新实践报告：评估学生提出的微机电系统技术创新应用方案的创意性和实用性。

3. 知识掌握程度：通过课后作业、测试等方式检验学生对微机电系统知识的掌握程度。

六、教学准备1. 准备微机电系统相关的国防科技产品图片、视频等教学资源。

2. 准备微机电系统的案例分析资料。

3. 准备与微机电系统技术相关的创新实践项目。

七、教学资源1. 使用多媒体课件进行教学，展示微机电系统相关的国防科技产品。

2. 利用网络资源，查找微机电系统的案例分析资料。

3. 提供相关的创新实践项目，供学生选择和参考。

微机电系统的研究和应用一、微机电系统简介微机电系统（MEMS）是指结合微处理技术、微机电技术和纳米技术的多学科交叉领域。

它是一种新型的微型化智能系统，能够实现传感、处理和控制功能。

微机电系统是将传感器、执行器、处理器、电子器件与微观结构集成在一起的微型化智能化系统。

二、微机电系统研究微机电系统的研究包括了微观加工技术、传感器技术、器件制造技术、封装和集成技术、信号处理和智能算法、系统控制和应用开发等方面的内容。

1、微观加工技术微观加工技术是微机电系统的关键技术之一，它是制造微型器件和元件的核心技术。

常用的微观加工方法包括光刻技术、电子束曝光技术、激光加工技术、离子束加工技术和微影技术等。

2、传感器技术传感器是微机电系统中最核心的部分之一。

微机电系统的传感器包括光学传感器、压力传感器、温度传感器、加速度传感器、惯性传感器、磁传感器等。

传感器的设计、制造和测试技术对微机电系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。

3、器件制造技术微机电系统的器件包括微型加速度计、微型陀螺仪、微型电机、微型振动器、微型热电池等。

这些器件的制造技术对于微机电系统的实现具有重要影响。

4、封装和集成技术微机电系统的封装和集成技术是其实现的重要组成部分。

微型器件在封装过程中需要考虑到封装的材料、封装的结构形式以及封装的工艺，同时还需要考虑如何把微型器件和其他器件进行集成。

5、信号处理和智能算法微机电系统的信号处理和智能算法是其实现的关键技术。

传感器产生的信号需要进行处理和分析，从而得到需要的信息。

同时，微机电系统的智能算法也是其具有智能化特征的关键技术。

6、系统控制和应用开发微机电系统的系统控制和应用开发是其重要应用方向之一。

在微机电系统的应用过程中，需要考虑到微型器件与其他器件的集成，同时还需要设计和开发控制系统。

三、微机电系统应用微机电系统是一种集成微型化的智能技术，它在多个领域都有广泛的应用，如汽车、生物医学、化工、环境监测等。

微机电系统技术在生物医学工程中的应用研究引言微机电系统技术（MEMS）是一种可以将微米或纳米级别的机械、电子、光学、化学等元器件集成在一起的技术，它具有面积小、重量轻、功耗低和灵敏度高等优点。

在生物医学领域中，MEMS技术已经被广泛应用于生物传感器、生物芯片、微流控系统等方面，目前已经成为生物医学工程领域最为重要的研究方向之一。

生物传感器生物传感器是一种能够将生物分子与物理化学信号（如电、光、化学等）相转换的装置，它常常用于测量生物分子的浓度、结构和活性等信息。

MEMS技术中的微电机和微加工技术，可以制作出具有高灵敏度和高选择性的生物传感器。

例如，MEMS技术可以制作出微型拉曼光谱仪，实现对细胞的成像和分析。

这种技术可以非常快速地分析出单个细胞、细胞内和细胞间的化学信息，并且在生物医学工程领域中具有非常广泛的应用前景。

生物芯片生物芯片是将许多微型单元（例如微阀、微泵、微阵列）集成在一个芯片上，以实现高通量的生物实验。

MEMS技术可以制作出高密度、高精度的生物芯片，为高效、低成本的医学检测与诊断提供技术支持。

例如，MEMS技术制作的智能试纸，可以通过微型化的测量装置，实现对生物样本中病原体的检测，并且可以实时输出结果。

这种试纸可以在诊所、医院、家庭等场所中广泛应用，大大提高了临床诊断的效率和精度。

微流控系统微流控系统是一种能够掌控微小液滴和颗粒流动的系统。

MEMS技术中最有特色的就是微加工技术，可以制作出精密的微流控通道和微加工模具。

例如，微织物芯片是一种涉及到生物分子、生物细胞和手术器械等微观颗粒的微流控系统，由于微流控系统具有高效、低成本、在线的优点，已经成为了生物医学领域中的热点研究方向之一。

挑战与展望MEMS技术在生物医学工程领域中的应用，已经走过了十分漫长而曲折的道路。

尽管MEMS技术已经取得了许多重要的成果，但是仍然存在一些挑战和问题。

首先，MEMS技术仍然需要更高的灵敏性和选择性。

在许多特殊环境下，可能需要更加精确的数据和信息，以便更好地支持生物医学工程领域中的许多其他研究方向。

《微机电系统(MEMS)》专题文章导读
吴一辉
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2005(13)2
【总页数】1页(P117-117)
【关键词】MEMS;微机电系统;三维制作;设计理论
【作者】吴一辉
【作者单位】中国科学院长春光学机密机械与物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TH-39
【相关文献】
1.微机电系统(MEMS)与纳机电系统(NEMS) [J], 周兆英;杨兴;熊继军
2.2015全国传感器与微系统(MEMS)技术应用大会暨2015中国传感器与微系统(MEMS)技术工程师年会 [J], ;
3.立体微型器件的微制造技术及其在微机电系统(MEMS)的应用 [J], 李敬锋
4.微纳机电系统(MEMS/NEMS)前沿 [J], 李志宏
5.《地基光电望远镜技术》专题文章导读：光电跟踪伺服系统的频率特性测试与模型辨识 [J], 王建立;王帅;陈涛;李洪文
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仪科概论心得----微系统短学期听了李宏生教授的讲座，受益颇多。

对我们专业的发展历史和未来趋势有了进一步的了解，也初步涉及我们院的一个专业方向“微惯性测控技术”。

微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。

微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。

微电子技术是高科技和信息产业的核心技术。

微电子产业是基础性产业，之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。

另外，现代战争将是以集成电路为关键技术、以电子战和信息战为特点的高技术战争。

微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。

微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。

微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的，第二次大战中、后期，由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的设想，并研究出一些有用的技术。

实际上，不仅计算机更新换代，即使是家电的更新换代都基于微电子技术的进步。

电子装备，包拆机械装置，其灵巧程度直接关系到它的高附加值和市场竞争力，都依赖于集成电路芯片的“智慧”程度和使用程度。

在信息社会时代，产品以其信息含量的多少和处理信息能力的强弱，决定着其附加值的高低，从而决定它在国际市场分工中的地位。

如果我们不发展集成电路产业，将使我们的IT行业只能停留在装配业水平上，挣的是“辛苦钱”，在国际分工中我们将只能处于低附加值的低端上。

微电了产业的发展规模和科学技术水平已成为衡量一个国际综合实力的重要标志。

几乎所有的传统产业只要于微电了技术结合，用集成电路芯片进行智能改造，就会使传统产业重新焕发青春。

例如微机控制的数控机床己不再是传统的机床；又如汽车的电子化导致汽车工业的革命，目前先进的现代化汽车，其电子装备已占其总成本的70%。