【文章內(nèi)容簡介】 輸、信號處理以及控制。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、納米技術(shù)的發(fā)展，測量控制與儀器技術(shù)有虛擬化、遠(yuǎn)程化和微型化的發(fā)展趨勢。各種高新技術(shù)為儀器技術(shù)提供了新原理、新材料、新工藝，使儀器技術(shù)學(xué)科交叉性與邊緣學(xué)科屬性的特點越來愈鮮明。為什么把儀器科學(xué)與技術(shù)定位成信息技術(shù)，而且是信息技術(shù)中的源頭技術(shù)呢？信息獲取是靠一起來實現(xiàn)的。一條完整的信息鏈的構(gòu)成是“信息獲取——信息處理——信息傳輸”，如果不能獲取準(zhǔn)確的信息，那么信息的各種處理如存儲、傳輸?shù)榷际チ艘饬x。因此，信息的準(zhǔn)確獲取是信息技術(shù)的基礎(chǔ)。而儀器正起到了不可或缺的信息源的作用。儀器儀表發(fā)展的核心在于提高測量控制的技術(shù)指標(biāo)和功能。具體而言，包括：（1）技術(shù)指標(biāo)不斷提高（檢測范圍，測量精度，測量速度，環(huán)境適應(yīng)度等）；（2）測量單元的微型化、智能化；（3）測控范圍的立體化、全球化，測量控制的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化；（4）便攜式、手持式以及適應(yīng)各種不同的特殊需要的儀表的大量發(fā)展。在以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)思想來指導(dǎo)儀器儀表的設(shè)計與應(yīng)用的情況下，傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)在不斷演變并產(chǎn)生了新的突破?，F(xiàn)在，儀器儀表本身的硬件和軟件的界限已經(jīng)模糊化了，儀器儀表設(shè)計的主要基礎(chǔ)是它的軟件，而不是傳統(tǒng)儀器儀表的硬件，這就是所謂的“虛擬儀表”?？梢哉f，這是一起領(lǐng)域內(nèi)的一次革命！實際上，它是一種基于計算機的數(shù)字化測量測試的儀器，利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。而其最大的特點，就是用戶能根據(jù)自己的應(yīng)用需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)。另外，虛擬儀器能夠與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，將虛擬儀器實時測量的數(shù)據(jù)上傳。當(dāng)然，虛擬儀器本身不完全脫離硬件。如采集的本身是以硬件作為基礎(chǔ)。虛擬儀器只是更為強調(diào)于計算機的融合度。而且相比傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器在測量速度、測量精度上也有一定差距。那么，是什么直接決定了獲取信息的質(zhì)量，關(guān)系到整個測試系統(tǒng)精度？答案是傳感器。傳感器作為現(xiàn)代測試系統(tǒng)中的首要環(huán)節(jié)而占有重要地位；而在基礎(chǔ)科學(xué)研究中，傳感器具有突出地位，許多重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往都源于一種新的傳感測試手段的發(fā)明。在某些極端技術(shù)領(lǐng)域，如超高溫、超低溫、超強磁場、超弱磁場等，要獲取大量的感官無法獲取的信息，沒有相應(yīng)的傳感器是不可能的。軍事領(lǐng)域中，傳感器是決定武器的性能和實戰(zhàn)能力的重要因素，如洲際導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)用的加速計傳感器，其精度可達萬分之一，保證了高精度命中能力。MEMS技術(shù)即微電子機械，又稱微機電系統(tǒng)。它是在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又區(qū)別于微電子技術(shù)。在21世紀(jì)，MEMS技術(shù)將對人類社會產(chǎn)生革命性的影響，是關(guān)系國民經(jīng)濟建設(shè)和國家安全保障的戰(zhàn)略高科技。MEMS時美國建立在半導(dǎo)體技術(shù)基礎(chǔ)上的稱謂，而更強調(diào)系統(tǒng)概念的歐洲稱之為為系統(tǒng)，在精密機械加工方面有傳統(tǒng)優(yōu)勢的日本則稱之為微機械。MEMS是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性的高科技研究領(lǐng)域，它設(shè)計自然科學(xué)和工程技術(shù)的方方面面，如電子工程、機械工程、生物工程、物理科學(xué)、化學(xué)科學(xué)和材料科學(xué)等，可廣泛地應(yīng)用于航空、航天、軍事、光通信、無線通信和生物醫(yī)學(xué)等人類生產(chǎn)生活的諸多方面，被認(rèn)為是面向21世紀(jì)的新興技術(shù)乃至主導(dǎo)技術(shù)之一。MEMS測試技術(shù)主要包括幾何量、機械量、材料特性、力學(xué)特性、熱學(xué)特性、電學(xué)特性、光學(xué)特性及聲學(xué)特性等參數(shù)的測試。以上參數(shù)的測試又可分別歸屬到兩大類，即通用特性測試技術(shù)和專用特性測試技術(shù)。MEMS通用特性測試技術(shù)主要指與微結(jié)構(gòu)相關(guān)的測試，主要包括幾何量（如幾何尺寸及三維形貌）、機械量（如運動位移、運動速度和諧振頻率）、材料特性（如硬度）及力學(xué)特性、溫度場分布等方面的測試。MEMS專用特性測試技術(shù)根據(jù)MEMS力學(xué)傳感器、光MEMS、射頻MEMS等不同功能MEMS器件的要求，重點是力學(xué)特性、電學(xué)特性、光學(xué)特性及聲學(xué)特性等綜合參數(shù)的測試。在前沿傳感技術(shù)中，微電子機械系統(tǒng)對精密測試技術(shù)提出了新的要求，MEMS測試技術(shù)已經(jīng)成為MEMS設(shè)計、仿真、制造以及質(zhì)量控制和評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。MEMS具有結(jié)構(gòu)尺寸小和集成度高等特點，研制精度高、簡單便捷和成本低的精密測試手段已經(jīng)成為MEMS發(fā)展的迫切需要。面向微結(jié)構(gòu)的MEMS通用特性測試技術(shù)按照實現(xiàn)方式可分為接觸式和非接觸式，按照測試原理又可分為光學(xué)測試非光學(xué)測試。由于MEMS具有結(jié)構(gòu)尺寸小、集成度高和運動頻率高等特點，而非光學(xué)測試方法一般都要求在被測結(jié)構(gòu)上附加相應(yīng)的傳感元件，這會影響微結(jié)構(gòu)的完整性和機械特性，將導(dǎo)致不可預(yù)計的測量誤差。而光學(xué)測試技術(shù)具有非接觸、快速、高靈敏度、高精度和抗干擾能力強的有點，可實現(xiàn)大視場的測量，能夠很好地滿足MEMS測試的要求，因此光學(xué)測試技術(shù)在MEMS測試中處于主導(dǎo)地位。對MEMS的機械運動參數(shù)（如位移、速度、振幅和頻率等）進行精確的測試已經(jīng)成為MEMS發(fā)展的迫切需求。目前采用的微機械量測試方法主要有電測法和光測法等。為機械的特征尺寸一般為毫米級乃至亞微米量級，遠(yuǎn)小于宏觀機械，故微機械的動態(tài)特性很容易被測試過程所干擾。由于光學(xué)測試方法屬于非接觸測量，同時又具有分辨率好和精度高等特點，目前已經(jīng)成為微機械量測試領(lǐng)域的研究熱點?！⑿土W(xué)傳感器微型力學(xué)傳感器是MEMS技術(shù)最早取得成功的領(lǐng)域。硅有良好的力學(xué)性能和力學(xué)傳感特性，而且便于加工，是目前微型力學(xué)傳感器的主要構(gòu)成材料。微型力學(xué)傳感器根據(jù)被測量，又可細(xì)分為壓力傳感器、應(yīng)力傳感器、力矩傳感器、流量傳感器和慣性（角速度和加速度）傳感器等幾類。以下簡單介紹下微型壓力傳感器以及微型慣性傳感器。壓阻式壓力傳感器。目前大多數(shù)商品化的壓力傳感器均有采用。電容式壓力傳感器。它是根據(jù)電容器兩塊電極板之間距離的變化導(dǎo)致的電容值的變化來測量壓力變化。諧振式壓力傳感器。它是通過檢測微機械諧振梁諧振頻率的變化來實現(xiàn)壓力的測量。而至于未來的發(fā)展趨勢，微型壓力傳感器在生物醫(yī)療中的應(yīng)用是當(dāng)前該領(lǐng)域的熱點，其主要用于人體血管及腦內(nèi)壓力的監(jiān)控，脈血壓以及尿道、膀胱、子宮等內(nèi)壓力的測量，心室壓力波形的檢查研究和腸胃壓力的短期監(jiān)控等等[3]。微型慣性傳感器，包括微加速度計和微陀螺，是利用物體的慣性性質(zhì)來測量物體運動情況的一類傳感器。這類傳感器在進行輪船、飛機、航天器和武器的導(dǎo)航、制導(dǎo)、姿態(tài)控制和慣性測量上應(yīng)用性很強。與衛(wèi)星導(dǎo)航不同，慣性傳感器導(dǎo)航不受外界條件的影響，完全通過記錄自身運動情況來完成定位，而衛(wèi)星導(dǎo)航又常常受到地理環(huán)境或人為因素的破壞、干擾導(dǎo)致不能正常運行。只要確定初始的位置、速度、姿態(tài)，理論上就可以記錄當(dāng)前的運動狀態(tài)以及位置。但實際上，能夠滿足慣性級性能要求的微機械慣性傳感器還很不成熟。除了在器件的結(jié)構(gòu)、材料等方面繼續(xù)努力以外，對于測試電路和封裝技術(shù)等主要制約因素的深入研究也很有必要。把敏感技術(shù)和信息處理技術(shù)結(jié)合起來，就是所謂智能傳感器。智能傳感器的概念最初是NASA在開發(fā)宇宙飛船的過程中形成的。宇宙飛船在太空飛行時，要安裝大量的傳感器進行科學(xué)實驗，而處理如此多的有傳感器所獲取的信息，需要一臺大型的計算機，二者在飛船上是無法做到的，于是提出了分散處理的設(shè)想，從而產(chǎn)生出智能傳感器。微處理器的出現(xiàn)使得智能傳感器的設(shè)想得以實現(xiàn)。一般來說，智能傳感器具有如下幾個特點： 、自診斷和自校準(zhǔn)功能 、決策能力 、記憶與信息處理功能 。如此，不僅有多項功能來保證高精度，而且傳感器不再只是個數(shù)據(jù)源，更扮演了整個信息鏈中其他環(huán)節(jié)的部分角色，優(yōu)化了效率。智能傳感器是傳感器今后一個重要的發(fā)展