本书围绕微纳传感与测试技术的知识架构，阐述微纳传感器的基本原理、优势特点与应用。本书主要介绍单晶硅压阻原理、加速度传感器、压力传感器、谐振传感器、机床刀具测力和振动传感器、薄膜测力传感器、爆轰爆速传感器、MEMS电热执行器、气体传感器等典型微纳传感器的设计与制造方法。本书可供高等院校传感器技术、微机电系统、测控技术与仪器、自动化工程、机电一体化及仪器仪表等专业的师生作为教材使用，也可供从事传感器、MEMS、仪器仪表等相关专业的技术人员学习参考。
1、本书既包含传感器的基础理论知识，又涵盖新型微纳传感器技术，具有丰富的传感器设计案例，能够深入浅出地讲解新型微纳传感器设计与制造，培养读者独立设计、创新分析和动手能力。2、同目前国内外的类似著作相比，本书具有内容新颖、案例众多的特点，能够为本领域人员开展创新研究提供新的研究思路和技术方法，对推动微纳传感器技术的进步和产业化具有重要学术和应用价值。
微纳传感与测试技术是国家重点支持的研究与产业方向，是中国制造、机器人、武器装备等领域重要的技术支撑。得益于MEMS技术低成本、微型化、高精度的特点，微纳传感器具有庞大的市场占有率，必将长期成为研究的重点和热点。为进一步满足微纳传感与测试技术在研究和教学领域的应用需求，本书从传感器基本概念和特性入手，阐述微纳传感器的基本原理、优势特点与应用，主要介绍单晶硅压阻原理、加速度传感器、压力传感器、谐振传感器、机床刀具测力和振动传感器、薄膜测力传感器、爆轰爆速传感器、MEMS执行器等典型微纳传感器的设计与制造方法，分析了最新的传感器应用案例和实验。本书凝聚了著者所在团队二十多年的研究经验，涵盖了微纳传感器领域最新的研究成果和技术，是作者研究团队在国家863、973、国防基础研究、国家自然基金等重大项目中的主要研究成果，具有众多的实例，同国内外的类似著作对比，具有内容新颖、体系全面、案例众多的特点。本书与市场需求、国家发展战略紧密相关，具有强大的国家重大项目研究背景和西安交通大学MEMS传感器研究特色。本书遵循理论联系实际的原则，总结了国内外传感器研制和使用的经验。其取材新颖、实用性强，可作为检测技术与仪器、自动化仪表、自动控制、石油化工、机械工程和能源动力等专业的高年级本科生、研究生的教材或参考书，也可供从事传感器、MEMS、仪器仪表等相关专业的技术人员学习参考。本书在完成过程中得到了团队成员田边教授、任炜研究员、李村副教授、张琪高工、赵友副研究员、胡腾江副研究员、张国栋助理研究员、李波助理教授的帮助和支持。承蒙中国工程院院士、华中科技大学校长尤政教授在百忙之中为本书作序，使本书增辉。在此表示最崇高的敬意和最深切的谢意。由于时间仓促，不妥之处在所难免，望读者不吝赐教。著者2022年10月于西安交通大学
第1章传感器的基本概念 11.1传感器的定义 11.2传感器的组成 11.3传感器的分类 21.4传感器的地位与作用 21.5传感器的发展动向 3第2章传感器的特性 52.1传感器的静态特性 52.1.1测量范围、量程和满量程输出 52.1.2分辨力、阈值和灵敏度 62.1.3迟滞 72.1.4重复性 82.1.5线性度 92.1.6零漂与温漂 132.1.7总精度 142.2传感器的动态特性 182.2.1传感器动态响应的基本特点 182.2.2传递函数与频响特性 202.2.3一阶系统的动态响应 232.2.4二阶系统的动态响应 262.2.5高阶系统的动态响应 312.2.6传感器动态响应的指标 312.2.7实验确定传递函数的方法 33第3章MEMS压阻式传感器 383.1概述 383.2压阻效应 403.2.1压阻效应的定义与特点 403.2.2晶面与晶向 413.2.3压阻系数 423.3压阻式压力传感器 483.3.1平膜结构的力敏电阻电桥设计 483.3.2梁-岛膜结构的力敏电阻电桥设计 563.4MEMS压阻式微加速度计 623.4.1硅微加速度计概述 623.4.2MEMS压阻式加速度计测量原理 623.4.3复合多梁MEMS压阻式加速度计 643.4.4孔缝结构MEMS压阻式加速度计 673.4.5高g值MEMS加速度计 69参考文献 72第4章高温压力传感器 744.1耐高温压力传感器的应用需求和主要技术方法 744.1.1耐高温压力传感器的应用需求 744.1.2耐高温压力传感器主要技术方法 754.2SOI高温压力传感器 784.2.1SOI压阻传感器的耐高温工作原理 784.2.2合理掺杂浓度的设计 794.2.3SOI耐高温敏感元件的制作工艺 814.3耐高温压力传感器的典型封装形式 844.3.1绝压与表压的芯片级封装 844.3.2齐平膜高频响结构倒杯式和C型杯式 854.3.3高可靠性充油封装 854.3.4微型化无引线封装 864.4SiC耐高温压力传感器敏感元件研制 874.4.1SiC材料特性 874.4.24H-SiC高温压力传感器芯片设计 894.4.34H-SiC高温压力传感器芯片制备 91参考文献 94第5章MEMS振梁式谐振传感器 965.1谐振式传感器概述 965.1.1概述 965.1.2谐振现象与传感器 975.1.3特征和优势 985.2谐振式传感器的敏感机理及信号检测方式 995.2.1谐振敏感元件 995.2.2敏感机理 1005.2.3信号检测方式 1055.3典型的振梁式谐振加速度传感器结构及其工作原理 1065.3.1硅振梁式谐振加速度传感器 1065.3.2石英振梁式谐振加速度传感器 1105.4典型的振梁式谐振压力传感器结构及其工作原理 1175.4.1硅振梁式谐振压力传感器 1175.4.2石英振梁式谐振压力传感器 121参考文献 122第6章MEMS陀螺技术 1246.1微机械陀螺的原理、分类与性能 1256.1.1科里奥利效应 1256.1.2微机械陀螺的分类 1266.1.3微机械陀螺的性能指标 1276.2振梁式硅MEMS陀螺分析 1296.2.1音叉式硅微机械陀螺 1296.2.2振动轮式硅微机械陀螺 1306.3石英音叉微机械陀螺 1316.3.1石英音叉陀螺的工作原理 1316.3.2驱动与检测原理 1336.3.3驱动稳幅稳频振动控制技术 1346.3.4角速度（电荷）检测技术 1396.3.5几种典型的石英音叉陀螺 139参考文献 141第7章智能加工切削力传感器 1437.1切削力概述 1437.1.1切削力的来源 1437.1.2切削力测量的重要性 1447.2切削力传感器的研究与发展 1447.2.1切削力传感器研究早期探索阶段 1447.2.2切削力传感器快速发展阶段 1457.2.3切削力传感器商业化阶段 1477.2.4智能刀具切削力传感器 1487.3集成化三维车削力传感器设计制造与测试 1507.3.1传感器设计原理与方法 1507.3.2传感器制造与封装技术 1577.3.3传感器性能测试与分析 160参考文献 164第8章基于非晶碳薄膜压阻效应的新型压力传感器 1668.1非晶碳膜压阻材料基础 1668.1.1非晶碳膜材料表征 1668.1.2非晶碳膜制备工艺研究 1688.1.3非晶碳膜性能研究 1708.2非晶碳膜的MEMS压阻式微压力传感器设计及加工 1738.2.1非晶碳膜微压力传感器设计 1738.2.2传感器芯片的封装方案设计 1758.3基于非晶碳膜的MEMS压阻式微压力传感器性能测试 1768.3.1静态性能测试 1768.3.2时间/温度漂移测试 177参考文献 177第9章MEMS微爆轰测试传感器 1799.1爆压测试方法 1799.1.1动量守恒法 1809.1.2阻抗匹配法 1819.2MEMS微爆轰压力传感器 1889.2.1爆压测试方法分析 1889.2.2MEMS微爆轰压力传感器设计 1899.2.3传感器动态标定 1909.2.4微爆轰实验测试 1919.3爆速测试方法 1939.3.1离散法 1939.3.2连续法 1959.4MEMS微爆轰速度传感器 1969.4.1爆速测试方法分析 1979.4.2MEMS微爆轰速度传感器设计 1979.4.3MEMS微爆轰速度传感器实验测试 1989.4.4爆速测试数据处理 199参考文献 200第10章大输出位移电热微执行器 20210.1微执行器概述 20210.1.1微执行器基本概念 20210.1.2微执行器国内外研究现状 20310.2大输出位移电热微执行器驱动机理与结构设计 20710.2.1电热微执行器类型 20710.2.2电热微执行器驱动原理 20810.2.3位移放大机构设计 21810.3大输出位移电热微执行器的应用 22110.3.1基于三角放大机构的电热执行器 22110.3.2基于柔性杠杆放大机构的电热执行器 22210.3.3基于微弹簧放大机构的电热执行器 224参考文献 226第11章超高温传感技术 22811.1引言 22811.2薄膜热电偶测温技术 22811.2.1金属型薄膜热电偶测温技术 22811.2.2氧化物型薄膜热电偶测温技术 23511.2.3大曲率涡轮叶片薄膜温度传感研究 238参考文献 243
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