动态微机电系统——理论与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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何广平 著

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• 微机电系统
• MEMS
• 动态特性
• 建模与仿真
• 传感器
• 执行器
• 控制
• 理论分析
• 应用案例
• 机械工程
• 电子工程

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030343161

商品编码：29725209567

包装：平装

出版时间：2012-06-01

基本信息

书名:动态微机电系统——理论与应用

：80.00元

售价：54.4元,便宜25.6元,折扣68

作者:何广平

出版社：科学出版社

出版日期：2012-06-01

ISBN：9787030343161

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.558kg

编辑推荐

　　本书以动态MEMS为主要对象，从功能材料的制备、设计方法、制造工艺与失效模式分析、建模与控制方法以及系统应用的角度，较深入地介绍了当前国内外的一些主要研究成果。本书主要内容取材于作者所在课题组近年来的一些科研成果，同时也对动态MEMS所涵盖专业领域国内外的主流前沿技术进行系统归纳，使读者能在较短时间内对动态MEMS的主要技术领域和前沿研究方向有所了解，并从中选择自己感兴趣的主题进一步开展研究。本书内容安排力求深入浅出，引文详实丰富，适合作为初涉本领域的研究生教材，也可供具有一定研究基础的读者参考。

内容提要

　　本书以动态微机电系统（MEMS）为主要对象，介绍其相关的功能材料、设计方法、制造工艺以及控制方法。全书共6章，主要内容包括：动态MEMS主要技术领域的简况；动态MEMS中常用的功能材料及其制备方法；动态MEMS器件的主要设计方法及其发展现状；动态MEMS的制造工艺，常见失效模式及其克服方法；动态MEMS的控制理论基础、控制技术及其发展现状、控制实验方法等方面的论述；典型动态MEMS系统剖析。《动态微机电系统》可供材料类、机电工程类、自动控制类、仪器科学类等相关专业的高年级本科生和研究生作为教材使用，也可供从事MEMS功能材料、MEMS器件设计、MEMS制造工艺和MEMS控制技术研究的科技人员参考。

目录

前言章 绪论 1.1 引言 1.2 MEMS的基本特征和主要技术领域 1.3 动态MEMS中的常用材料 1.4 动态MEMS的设计方法简介 1.5 动态MEMS的制造技术简介 1.6 动态MEMS的控制技术及其发展概况 1.7 MEMS的应用前景 参考文献第2章 动态MEMS中的功能材料与制备方法 2.1 引言 2.2 动态MEMS压电材料 2.3 动态MEMS磁致伸缩材料 2.4 动态MEMS形状记忆合金材料 2.5 动态MEMS智能高分子材料 参考文献第3章 动态MEMS的设计理论与设计方法 3.1 引言 3.2 分布式全柔性微机构的拓扑优化设计方法 3.3 动态MEMS的可靠性设计方法 3.4 电热微致动器的鲁棒优化设计 3.5 可变电容静电微电机的优化设计 3.6 动态MEMS设计理论的发展展望 参考文献第4章 动态MEMS的制造技术 4.1 MEMS的制造技术简介 4.2 薄膜材料制备技术 4.3 光刻技术 4.4 刻蚀技术 4.5 键合工艺技术 4.6 MEMS制造中常见的失效模式与防止方法 参考文献第5章 动态MEMS的建模与控制技术 5.1 引言 5.2 典型动态MEMS的动力学模型 5.3 动态MEMS的非线性特征及其应用 5.4 动态MEMS控制技术的理论基础 5.5 动态MEMS的控制器设计 5.6 动态MEMS的控制技术实验方法 参考文献第6章 典型动态MEMS剖析 6.1 压电微致动器的电荷驱动控制 6.2 压电微电机 6.3 旋转式静电微致动器 6.4 PZT微致动器的制备 参考文献

作者介绍

文摘

序言

动态微机电系统：理论与应用 一本深度探索微观世界精密机械运作奥秘的著作 微机电系统（MEMS）作为一项融合了机械工程、电子工程、材料科学、物理学等多个学科的尖端技术，已深刻改变了我们的生活。从智能手机中的传感器到医疗诊断设备，MEMS器件无处不在，它们以微观的尺寸实现了宏观世界的强大功能。而在这广阔的MEMS领域中，动态微机电系统更是以其对运动、力学行为和时间响应的精妙控制，成为了当今技术前沿的核心。 本书《动态微机电系统——理论与应用》并非仅仅是MEMS技术的简单罗列，它是一次对动态微机电系统这一分支领域的深度挖掘与系统梳理。作者以严谨的科学态度，深入浅出地剖析了动态MEMS的核心理论基础，并广泛触及了它们在各个领域的创新应用。这本书旨在为读者构建一个全面、立体、且具有前瞻性的知识框架，带领读者不仅理解“是什么”，更能洞察“为什么”以及“如何”。 理论基石：解析动态MEMS的内在逻辑 本书的首要贡献在于其对动态MEMS理论的系统性阐述。动态MEMS器件的核心在于其能够感知、响应、甚至主动产生机械运动，而这一切的根源在于对微观尺度下物理规律的深刻理解。 1. 微观尺度下的力学行为： 在微观世界，许多宏观尺度下的物理现象会发生显著变化。例如，表面力（如范德兰范德华力、静电力）相对于体积力（如重力）的重要性显著提升。本书将详细探讨这些力学效应在微观器件设计中的影响，特别是当器件处于动态工作状态时，这些力的相互作用如何决定了系统的响应特性。作者会详细阐述静电驱动、压电驱动、热驱动等多种微观驱动机制，分析它们的工作原理、效率、以及在动态响应中的优势与劣势。 2. 动力学模型与仿真： 动态MEMS器件的设计与优化离不开精确的动力学模型。本书将引导读者建立描述微观机械结构的运动方程，并深入介绍有限元分析（FEA）、多体动力学仿真等先进的仿真工具。通过对这些理论和工具的讲解，读者将能够预测器件的动态响应，优化结构参数，并规避潜在的设计缺陷。特别地，本书会关注在动态过程中可能出现的非线性效应，例如阻尼、饱和效应、以及它们对系统稳定性和响应速度的影响。 3. 传感器与执行器的机理： 动态MEMS的核心功能体现在其传感器与执行器方面。在传感器方面，本书将深入剖析惯性传感器（如加速度计、陀螺仪）、压力传感器、微流体传感器等的工作原理。它将详细解释这些传感器如何通过微观结构的形变、位移、或流体流动来检测外部物理量的变化，并将其转化为电信号。对于执行器，本书则会重点介绍微泵、微阀、微电机等，阐述它们如何利用各种驱动机制产生精确的机械运动，从而实现流体输送、开关控制等功能。 4. 材料选择与制造工艺： 动态MEMS器件的性能很大程度上取决于所使用的材料和制造工艺。本书将讨论硅、聚合物、陶瓷等常用MEMS材料的特性，以及它们在动态应用中的适用性。同时，作者还会详细介绍微电子加工技术，包括光刻、刻蚀（干法刻蚀、湿法刻蚀）、薄膜沉积、键合等关键工艺，并分析这些工艺如何影响器件的精度、可靠性和动态性能。特别是，对于一些复杂的三维结构和集成制造，本书将提供深入的见解。 应用前沿：动态MEMS的无限可能 理论的深度探索最终指向应用的广阔天地。本书的另一大亮点在于其对动态MEMS在各个前沿领域的广泛而深入的应用介绍。作者并非简单地列举产品，而是致力于解析动态MEMS技术如何解决了实际问题，推动了行业的发展。 1. 智能传感器与物联网： 在物联网（IoT）时代，海量的智能传感器是实现万物互联的关键。动态MEMS加速度计和陀螺仪在智能手机、可穿戴设备、无人机、以及工业自动化中的应用已是家常便饭，本书将深入探讨其更先进的应用，例如在精密导航、跌倒检测、以及姿态识别等场景中的作用。此外，微型压力传感器和气体传感器在环境监测、智能家居中的部署，以及它们如何通过动态响应来提升数据的实时性和准确性，也将在书中得到详细阐述。 2. 医疗健康与生物技术： 动态MEMS在医疗领域的应用正以前所未有的速度发展。本书将详述微流体芯片在疾病诊断、药物筛选、基因测序中的革命性作用。这些芯片能够精确控制微量流体的流动，实现细胞分选、生化反应等操作，极大地提高了诊断的效率和精度。此外，微型医疗植入设备，如可控释放药物的微泵、微型成像探头、以及用于神经刺激的微电极阵列，都依赖于动态MEMS的精密控制和可靠运行。 3. 汽车电子与自动驾驶： 汽车工业是MEMS技术的重要应用市场。本书将深入探讨动态MEMS在汽车安全系统中的关键作用，如安全气囊的触发传感器、电子稳定控制（ESC）系统中的惯性传感器。对于日益发展的自动驾驶技术，高精度、高响应速度的MEMS雷达、激光雷达（LiDAR）中的扫描机构、以及用于车辆状态监测的各种传感器，都将成为重点介绍的对象。 4. 通信与消费电子： 在通信领域，MEMS技术正逐步取代传统的电磁元件。本书将介绍MEMS射频开关、谐振器、滤波器在5G通信设备中的应用，它们能够实现更小巧、更节能、更高性能的射频前端。在消费电子领域，除了智能手机，动态MEMS还在高端音频设备、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）眼镜、以及游戏控制器中发挥着不可替代的作用。 5. 工业自动化与机器人： 工业4.0的浪潮离不开先进的自动化技术，而动态MEMS是实现这一目标的重要推力。本书将展示微型机器人、微型执行器在精密装配、微创手术、以及危险环境作业中的潜力。同时，应用于工业机器人关节的传感器、用于远程监测和故障诊断的MEMS传感器网络，也将得到详细的介绍，揭示它们如何提升生产效率和安全性。 学习价值与读者群体 《动态微机电系统——理论与应用》不仅是一本技术专著，更是一份面向未来的知识宝典。本书的理论部分严谨扎实，能够为相关领域的学生和研究人员提供坚实的理论基础。而其丰富的应用案例则能够激发工程师和技术专家的创新灵感，帮助他们将MEMS技术应用于实际的工程挑战。 本书适合以下读者群体： MEMS领域的学生和研究生： 提供系统性的理论知识和前沿的研究方向。 MEMS器件的设计和研发工程师： 深入解析器件原理、仿真工具和制造工艺，助力产品开发。 从事相关交叉学科研究的科学家： 拓宽研究视野，了解MEMS技术在自身领域的潜在应用。 对微观世界精密机械运作充满好奇的科技爱好者： 以深入浅出的方式，领略现代科技的魅力。 展望未来 动态微机电系统正处于一个快速发展的黄金时期。随着材料科学、制造工艺、以及计算能力的不断进步，未来的动态MEMS器件将更加微型化、智能化、集成化，并展现出更强的性能和更多的功能。本书的出版，正是为了帮助读者更好地理解这一激动人心的领域，并为未来的技术革新贡献力量。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解动态MEMS的内在逻辑，洞察其在各行各业的无限潜能，并为迎接下一代微观智能设备的到来做好准备。

评分☆☆☆☆☆

说实话，最初我有些担心市面上关于“动态”和“微系统”的书籍内容会过于偏重于某一特定方向，比如光学或声学。但这本书的视野之开阔，着实让我惊喜。它非常平衡地涵盖了从惯性传感器到微流控系统，再到智能材料驱动等多个关键领域，并且清晰地勾勒出了这些看似不相关的技术之间的底层物理共性与设计哲学。作者高超的概括能力，使得读者即使是非该领域的核心专家，也能快速建立起对整个动态微系统家族的宏观认知框架。这种跨学科的整合能力，是这本书最核心的价值所在，它激发了我去思考如何利用声学微振动技术去优化流体泵送效率的可能性，这种跨界联想，是阅读其他专注于单一领域的书籍所难以获得的思维拓展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在太吸引眼球了，封面那深邃的蓝色调，配上精密的机械结构示意图，一下子就抓住了我的目光。光是看着封面，我就能感受到一种严谨的学术氛围和前沿科技的脉搏。内页的纸张质量也相当不错，拿在手里沉甸甸的，阅读体验非常舒适，即便是长时间翻阅，也不会觉得眼睛很累。而且排版布局非常合理，字体大小适中，图文穿插得恰到好处，那些复杂的公式和实验数据看起来一点也不拥挤，反而清晰明了，这对于我们这些需要反复查阅和学习专业知识的读者来说，简直太重要了。作者在细节上的打磨，真的体现了专业水准，让人感觉这不是一本快餐式的科普读物，而是一部可以珍藏和经常翻阅的工具书。我甚至花了很长时间去研究目录结构，发现其逻辑链条设计得极其精妙，从基础理论的铺垫到具体工程应用的拓展，层层递进，引导性很强。

评分☆☆☆☆☆

从应用层面的角度来看，这本书简直就是一本实战手册。我过去在尝试设计一些涉及微振动控制的装置时，总是感觉理论与实践之间存在一道难以逾越的鸿沟，很多书本上的公式在实际搭建中总会遇到各种预料之外的耦合效应。然而，这本书里详细介绍的几种新型阻尼结构和反馈控制策略，每一个案例都配有详尽的参数设置和仿真结果对比，甚至连常见故障的排查步骤都有提及。这极大地缩短了我从理论构想到产品原型的时间。特别是关于柔性驱动器的非线性补偿那块内容，作者给出的基于模型的自适应控制框架，简洁而强大，我已经着手将它应用到我正在进行的一个小型生物医疗器械的项目中去，效果立竿见影，不得不说，这种紧密结合实际工程需求的撰写风格，是许多学院派著作所欠缺的。

评分☆☆☆☆☆

我个人对这本著作的深度和广度感到非常震撼。它不像市面上很多同类书籍那样，仅仅停留在原理的表面描述，而是深入到了核心算法和材料科学的细微之处。比如，在谈到传感器的微纳加工工艺时，作者并没有回避那些令人头疼的物理化学细节，而是用一种近乎散文诗般的笔触，将原本枯燥的工艺流程描绘得生动有趣，同时又不失严谨性。我尤其欣赏其中关于系统集成和噪声抑制那一章节的处理方式，它不仅仅是罗列已有的解决方案，更重要的是，它引导读者去思考现有方法的局限性，并提出了若干富有洞察力的未来研究方向。这本书的参考文献部分也做得极其扎实，每一个关键论点的引用都精准到位，显示出作者深厚的学术积累和扎实的研究基础，这对于我们进行后续的深入研究具有不可替代的价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常独特，它不像传统教科书那样冷冰冰地陈述事实，反而带有一种老前辈谆谆教诲的亲切感。作者在阐述一些高度抽象的概念时，常常会穿插一些个人的研发历程中的“小插曲”或者失败的教训，这些“血泪史”读起来让人倍感亲切，也更容易理解为什么某些看似简单的设计选择背后，隐藏着无数次的试错和权衡。这种人文化的处理方式，使得原本晦涩难懂的工程数学和物理模型变得更加立体和易于接受。我感觉作者不仅仅是在传授知识，更像是在传递一种面对复杂技术难题时应有的探索精神和科学态度，对于刚踏入这个领域的新手来说，这种潜移默化的影响是极其宝贵的，远胜于单纯的公式堆砌。