传感技术及其军事应用讲义

1、工程学院工程学院 李广才李广才 主主 要要 内内 容容 0 0 引引 言言 1 1 军用传感器类别军用传感器类别 2 2 军用传感器的特征军用传感器的特征 3 3 军用传感器的应用军用传感器的应用 4 4 军用传感器的发展趋势军用传感器的发展趋势 5 5 高技术战争中需要新型传感器高技术战争中需要新型传感器 0 0 引引 言言 在现代电子信息系统中，信息采集在现代电子信息系统中，信息采集- - 传感器技术，信息传感器技术，信息传递传递- - 通讯技术，信息处理通讯技术，信息处理- - 微处理器微处理器( (即计算机即计算机) )技术是现技术是现代电子信息技术的三大核心技术，也是现代武器装备发展

2、必代电子信息技术的三大核心技术，也是现代武器装备发展必不可少的重要组成部分。不可少的重要组成部分。 在军事上传感器是武器装备发展的重要环节。专家认为，在军事上传感器是武器装备发展的重要环节。专家认为，“一个国家军用传感器制造技术水平的高低，决定了该国武一个国家军用传感器制造技术水平的高低，决定了该国武器制造水平的高低，决定了该国武器自动化程度的高低，最器制造水平的高低，决定了该国武器自动化程度的高低，最终决定了该国武器性能的优劣终决定了该国武器性能的优劣”。美国国防部专家说过，。美国国防部专家说过，“当今世界谁掌握了传感器技术，谁就掌握了高科技，谁就当今世界谁掌握了传感器技术，谁就掌握了高科技

3、，谁就控制了世界控制了世界”。 近十几年来，发生的历次局部战争中使用的高技术武器近十几年来，发生的历次局部战争中使用的高技术武器上都装有多种传感器，在对目标探测、精确制导、电子对抗、上都装有多种传感器，在对目标探测、精确制导、电子对抗、通讯指挥、故障诊断和自我防护中发挥了重要作用。通讯指挥、故障诊断和自我防护中发挥了重要作用。 1 1 军用传感器类别军用传感器类别 ?按军用传感器在装备中的作用和特点分为两类：按军用传感器在装备中的作用和特点分为两类： 用于探测军用装备外界信息的传感器称为用于探测军用装备外界信息的传感器称为外部传感器外部传感器，如，如用于目标探测、精确打击、姿态控制的光电传感器

4、、红外用于目标探测、精确打击、姿态控制的光电传感器、红外传感器、光纤陀螺等；传感器、光纤陀螺等； 而所有检测与控制内部各子系统、各部件、参数的传感器而所有检测与控制内部各子系统、各部件、参数的传感器均为均为内部传感器内部传感器，如用于各类发动机系统、火控系统和监，如用于各类发动机系统、火控系统和监控系统的力学量传感器、温度传感器、光电传感器等。控系统的力学量传感器、温度传感器、光电传感器等。 在实战中，各类武器装备一方面靠外部传感器快速发现与在实战中，各类武器装备一方面靠外部传感器快速发现与精确测定并打击敌方目标；另一方面靠各种内部传感器保精确测定并打击敌方目标；另一方面靠各种内部传感器保证武

5、器装备本身处于最佳状态，发挥最大效能。因此，证武器装备本身处于最佳状态，发挥最大效能。因此，两两类传感器同等重要类传感器同等重要。 ? 2 2 军用传感器的特征军用传感器的特征 ?传感器是一项军民两用的高技术，军用传感器是传感器产传感器是一项军民两用的高技术，军用传感器是传感器产业中的一个重要分支。与民用传感器相比，军用传感器具业中的一个重要分支。与民用传感器相比，军用传感器具有品种结构特殊，使用环境恶劣、技术指标高、质量水平有品种结构特殊，使用环境恶劣、技术指标高、质量水平高高( (产品的一致性、稳定性和可靠性产品的一致性、稳定性和可靠性) ) 等特殊要求，研制等特殊要求，研制生产难度大。生

6、产难度大。 近十年来，在微电子技术、微机械加工技术、纳米技术以近十年来，在微电子技术、微机械加工技术、纳米技术以及新型材料科学等高技术的推动下，传感器技术已从单一及新型材料科学等高技术的推动下，传感器技术已从单一的物性型传感器进入功能更为强大、技术高度集成的新型的物性型传感器进入功能更为强大、技术高度集成的新型传感器阶段。因此，当代军用传感器已进入新型军用传感传感器阶段。因此，当代军用传感器已进入新型军用传感器阶段，其典型特征是器阶段，其典型特征是微型化、多功能化、数字化、智能微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化化、系统化和网络化，它必将对军用电子装备的发展起到，它必将对军用电子装

7、备的发展起到先导和促进作用。先导和促进作用。 3 3 传感器在军事上的应用传感器在军事上的应用 ?重点应用领域重点应用领域 当今，传感器在军事上的应用极为广泛，可以说当今，传感器在军事上的应用极为广泛，可以说无时无时不用不用、无处不有无处不有，大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、，大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、火炮等装备系统，小到单兵作战武器；从参战的武器系统火炮等装备系统，小到单兵作战武器；从参战的武器系统到后勤保障；从军事科学试验到军事装备工程；从战场作到后勤保障；从军事科学试验到军事装备工程；从战场作战到战略、战术指挥，如：战到战略、战术指挥，如：“C C3 3I”I”系统系统；从战争

8、准备、；从战争准备、战略决策到战争实施，遍及整个作战系统及战争的全过程，战略决策到战争实施，遍及整个作战系统及战争的全过程，而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、空域和而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、空域和频域更加扩大，更加影响和改变作战的方式和效率，大幅频域更加扩大，更加影响和改变作战的方式和效率，大幅度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。 图图1 列出了新型传感器在武器装备中的应用。列出了新型传感器在武器装备中的应用。 图图1 新型传感器在武器装备中的应用新型传感器在武器装备中的应用 ?传感器在军事上的应用举例传感器在军事上的

9、应用举例 美国的军用传感器处于世界领先水平，且已在天、美国的军用传感器处于世界领先水平，且已在天、空、海、陆平台的实战中得到应用，见表空、海、陆平台的实战中得到应用，见表 1 。 3.1 3.1 微型传感器的应用微型传感器的应用 （1 1）在微型侦察卫星上的应用：）在微型侦察卫星上的应用： 2002 2002 年年2 2 月，美国成功地将世界上第一颗月，美国成功地将世界上第一颗皮型卫星皮型卫星( (小于小于1 kg) 1 kg) 发射到离地面发射到离地面750 km 750 km 的的轨道上，其外形尺寸为轨道上，其外形尺寸为 (1 in (1 in 3 in 3 in 4 in 4 in ，注

10、：注：1in = 0. 0254m) 1in = 0. 0254m) ，质量仅为，质量仅为245 g245 g。另美。另美国研制成功一个微尘卫星国研制成功一个微尘卫星 ( (小于小于500 g) 500 g) ，装有，装有7 7 个不同轴向的传感器，包括个不同轴向的传感器，包括 2 2 个磁传感器，个磁传感器，2 2 个加速度传感器以及光、湿度、压力传感器。个加速度传感器以及光、湿度、压力传感器。 (2)(2)在导航系统上的应用：在导航系统上的应用： 美国研制成功的一种加速度达美国研制成功的一种加速度达 105 g 105 g 的的MEMSMEMS 惯性传感器，已用于智能弹头和钻地弹头中，其惯

11、性传感器，已用于智能弹头和钻地弹头中，其抗震能力足以使弹头钻入地下后，仍能对其进行抗震能力足以使弹头钻入地下后，仍能对其进行制导、控制并引爆。制导、控制并引爆。 (3) (3) 用于陆军单兵作战的多功能电子设备：用于陆军单兵作战的多功能电子设备： 该装置安装在士兵身上的各个部位，包括各该装置安装在士兵身上的各个部位，包括各类类MEMS MEMS 传感器及其测控系统，主要有智能头盔传感器及其测控系统，主要有智能头盔( (包括夜视仪、红外包括夜视仪、红外/ /激光瞄准器等激光瞄准器等) ) ，能有效地，能有效地提高士兵作战能力，从提高士兵作战能力，从 2003 2003 年起已逐步装备于陆年起已逐

12、步装备于陆军单兵作战。军单兵作战。 (5)传感器在武器引爆上的应用：传感器在武器引爆上的应用： 传感器引爆武器是目前智能化程度最高的武传感器引爆武器是目前智能化程度最高的武器器 ，B1轰炸机可以携带轰炸机可以携带30个这样的武器。投弹个这样的武器。投弹后，武器外壳和炸弹平台会裂解，放出多个炸弹后，武器外壳和炸弹平台会裂解，放出多个炸弹筒，每个炸弹筒可以筒，每个炸弹筒可以 30度角射出名为斯科特的带度角射出名为斯科特的带降落伞的炸弹，每个斯科特都有传感器引爆系统降落伞的炸弹，每个斯科特都有传感器引爆系统能够追踪目标。找到目标的斯科特会将熔化的铜能够追踪目标。找到目标的斯科特会将熔化的铜弹头打入敌

13、军坦克，而没有找到目标的会自动销弹头打入敌军坦克，而没有找到目标的会自动销毁，不会在战场上留下明显痕迹。毁，不会在战场上留下明显痕迹。 最初使用在美伊战争，投放第一批武器就炸最初使用在美伊战争，投放第一批武器就炸毁了伊拉克毁了伊拉克2/3的前线坦克，余下的的前线坦克，余下的 1/3则迅速则迅速缴械投降了。缴械投降了。 (4) 在分布式机器人中的应用：在分布式机器人中的应用： 美国军方列入研究计划的装有多种微型传感美国军方列入研究计划的装有多种微型传感器的各类军用机器人有器的各类军用机器人有 100多种，其中已投入实多种，其中已投入实际使用的有无人机、机器人坦克、自主式地面车际使用的有无人机、机

14、器人坦克、自主式地面车辆、扫雷机器人、武器装备自动故障与排除系统辆、扫雷机器人、武器装备自动故障与排除系统等。等。 3.2 3.2 红外探测器的应用红外探测器的应用 (1) (1) 对战略弹道导弹的预警对战略弹道导弹的预警 为了适应未来战争的需要，美军于为了适应未来战争的需要，美军于 1994 1994 年年提出建立探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视提出建立探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视系统，以取代目前的系统，以取代目前的 DSPDSP计划。该计划称为计划。该计划称为SBIRSSBIRS计划计划( (天基红外系统天基红外系统) ) ，由高轨与低轨卫星系统组，由高轨与低轨卫星系统组成。高轨由

15、成。高轨由4 4 颗静止轨道卫星、颗静止轨道卫星、2 2 颗大椭圆轨道颗大椭圆轨道卫星组成，主要用于探测与跟踪处于助推段的弹卫星组成，主要用于探测与跟踪处于助推段的弹道导弹：低轨系统计划用道导弹：低轨系统计划用 24 24 颗卫星组成，用于捕颗卫星组成，用于捕获与跟踪中段飞行的导弹，获与跟踪中段飞行的导弹， SBIRS SBIRS 计划预算计划预算230 230 亿美元。亿美元。 整个系统计划整个系统计划2020 2020 年部署完毕。年部署完毕。SBIRS SBIRS 将具备同时跟踪战略与战术弹道导将具备同时跟踪战略与战术弹道导弹的能力，采用全新设计的红外传感器，弹的能力，采用全新设计的红外

16、传感器，高轨卫星采用扫描与凝视传感器，低轨卫高轨卫星采用扫描与凝视传感器，低轨卫星采用捕获与跟踪传感器，使卫星能对小星采用捕获与跟踪传感器，使卫星能对小型战术弹道导弹快速发现与跟踪较弱信号，型战术弹道导弹快速发现与跟踪较弱信号，并采用复合星座设计，提高对各种导弹的并采用复合星座设计，提高对各种导弹的发现能力，扩大跟踪范围，尤其是中段跟发现能力，扩大跟踪范围，尤其是中段跟踪，实现全过程监视与预警。踪，实现全过程监视与预警。 (2) (2) 在舰艇、飞机及车辆等平台上的应用在舰艇、飞机及车辆等平台上的应用 用于夜间短、中、长距离战场红外识别系统、用于夜间短、中、长距离战场红外识别系统、机载、车载和

17、舰载前视红外机载、车载和舰载前视红外 ( FLIR) ( FLIR) 系统、机载系统、机载红外大面积战场实况侦察、红外搜索与跟踪系统红外大面积战场实况侦察、红外搜索与跟踪系统以及战术武器的精确制导等。其突出优点是以被以及战术武器的精确制导等。其突出优点是以被动方式工作动方式工作, ,有利于抗干扰和隐蔽。如美国休斯飞有利于抗干扰和隐蔽。如美国休斯飞机公司为汉森机公司为汉森(Hanscen) (Hanscen) 空军基地研制的用于非空军基地研制的用于非视线性战术制导导弹。视线性战术制导导弹。 F - 22 F - 22 装备了新型的机载装备了新型的机载红外搜索与跟踪系统红外搜索与跟踪系统 , ,实

18、现了全被动式搜索与跟踪实现了全被动式搜索与跟踪 , ,不必用雷达不必用雷达, ,提高了提高了F - 22 F - 22 隐身能力。隐身能力。 3.3 3.3 光纤传感器的应用光纤传感器的应用 （1 1）光纤传感器在军事信息技术中的应用主要集中）光纤传感器在军事信息技术中的应用主要集中在如下几个方面：在如下几个方面： 基于光纤陀螺的对飞行器、水下兵器、陆用战基于光纤陀螺的对飞行器、水下兵器、陆用战车的惯性制导和对运动载体的姿态控制；车的惯性制导和对运动载体的姿态控制； 基于微振动传感器和光纤信息传输网，用于海基于微振动传感器和光纤信息传输网，用于海洋防卫和反潜作战的的光纤水听器传感器阵列洋防卫和

19、反潜作战的的光纤水听器传感器阵列网和用于核外炸核查以及反核查光纤地震波监网和用于核外炸核查以及反核查光纤地震波监测网；测网； 基于温度、压力、振动传感器的智能结构，广基于温度、压力、振动传感器的智能结构，广泛用于水下兵器及航空航天等领域。泛用于水下兵器及航空航天等领域。 (2) (2) 光纤陀螺成为惯性导航及控制领域的重点应用领域，它光纤陀螺成为惯性导航及控制领域的重点应用领域，它的应用可覆盖传统机电陀螺的所有领域以及机电陀螺在惯的应用可覆盖传统机电陀螺的所有领域以及机电陀螺在惯性制导及姿态控制领域中可望而不可及的领域，导致了强性制导及姿态控制领域中可望而不可及的领域，导致了强冲击下火炮捷联控

20、制、炮射制导武器系统的发展。冲击下火炮捷联控制、炮射制导武器系统的发展。 (3) (3) 近十几年以来近十几年以来, ,已有多种高性能光纤水听器系统问世。已有多种高性能光纤水听器系统问世。如美海军研究实验室如美海军研究实验室(NRL) (NRL) 与与Litton Litton 制导与控制公司共制导与控制公司共同研制的光纤水听器已装备在同研制的光纤水听器已装备在688 688 级攻击潜艇上并做了公级攻击潜艇上并做了公开演示。开演示。 (4) (4) 光纤传感器易于进行多点及分布式传感，实现智能结构。光纤传感器易于进行多点及分布式传感，实现智能结构。光纤传感器在军事上的其它应用包括地震波检测、核

21、辐射光纤传感器在军事上的其它应用包括地震波检测、核辐射检测、化学侦查、监测等。检测、化学侦查、监测等。 4 4 军用传感器的发展趋势军用传感器的发展趋势 （1 1）微型传感器）微型传感器 微型传感器是指芯片的特征尺寸为微米级，采用微型传感器是指芯片的特征尺寸为微米级，采用微电子机械加工制作的各类传感器的总称，是近代先进微电子机械加工制作的各类传感器的总称，是近代先进的微电子机械系统的微电子机械系统( (MEMSMEMS) ) 中的重要组成部分。中的重要组成部分。 工业发达国家的微型传感器发展迅速，且生产工艺工业发达国家的微型传感器发展迅速，且生产工艺成熟成熟, ,现在已形成产品和正在研究中的微

22、型传感器有压力、现在已形成产品和正在研究中的微型传感器有压力、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、电量、磁场、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、电量、磁场、温度、气体、湿度、温度、气体、湿度、pH pH 值、离子浓度、微型陀螺以及无值、离子浓度、微型陀螺以及无线网络传感器等，产品质量达到很高水平。线网络传感器等，产品质量达到很高水平。 如如Tronic Tronic 公司采用表面微机械加工技术在直径为公司采用表面微机械加工技术在直径为100 100 mm mm 的的SOISOI 基片上制作了基片上制作了5500 5500 多个电容式压力敏感元件，其多个电容式压力敏感元件，其压力测量范围为压力

23、测量范围为6565145 kPa 145 kPa ，灵敏度为，灵敏度为1 p F/ 100 kPa 1 p F/ 100 kPa ，准确度准确度 1 %FS 1 %FS ，产品尺寸为，产品尺寸为0. 5 mm 0. 5 mm 2 cm 2 cm 。 美国研制出一种用美国研制出一种用3 3 个个MEMS MEMS 陀螺和陀螺和3 3 个个MEMS MEMS 加速度计加速度计组成的微型捷联式惯性导航系统样机，尺寸仅为组成的微型捷联式惯性导航系统样机，尺寸仅为2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 0. 5 cm 0. 5 cm ，质量，质量5 g 5 g ，功率小于，功率小于1 W1 W，它的体积

24、、质量、耗，它的体积、质量、耗电功率、价格和小型惯性导航系统之比为：体积比为电功率、价格和小型惯性导航系统之比为：体积比为0. 012 0. 012 % %，质量比为，质量比为0. 12 %0. 12 %耗电功率比为耗电功率比为4. 2 %4. 2 %价格比为价格比为2 %2 %，美国，美国研制成功的研制成功的MEMS MEMS 加速度计能承受火炮发射时产生的近加速度计能承受火炮发射时产生的近105 g 105 g n n 的冲击力，可以为制导导弹提供一种经济的制导系统。的冲击力，可以为制导导弹提供一种经济的制导系统。 （2 2）红外传感器）红外传感器( (探测器探测器) ) 红外传感器的突出

25、优点是以被动方式工作，红外传感器的突出优点是以被动方式工作，有利于抗干扰和隐蔽。红外探测是在有利于抗干扰和隐蔽。红外探测是在 1 13 3 m m，3 35 5 m m 和和8 81414 m m三个红外辐射窗口进行的。三个红外辐射窗口进行的。单元红外探测器如非本征锗和硅以及热释电探测单元红外探测器如非本征锗和硅以及热释电探测等工艺成熟，早已商品化，且已在军事装备中得等工艺成熟，早已商品化，且已在军事装备中得到应用。多元线列探测器已商品化。到应用。多元线列探测器已商品化。 今后十几年内，红外焦平面阵列技术还会得今后十几年内，红外焦平面阵列技术还会得到大力发展，其阵列规模将愈来愈大，最终将成到大

26、力发展，其阵列规模将愈来愈大，最终将成为智能化红外焦平面器件。同时，非致冷红外焦为智能化红外焦平面器件。同时，非致冷红外焦平面阵列平面阵列( (如辐射热计、热电探测器阵列等如辐射热计、热电探测器阵列等 ) ) 以及以及以半导体超晶格量子阱材料的多种新型红外探测以半导体超晶格量子阱材料的多种新型红外探测器将进一步发展。器将进一步发展。 （3 3）智能传感器）智能传感器 凡具有一种或多种敏感功能、数字量输出、凡具有一种或多种敏感功能、数字量输出、信息存储和记忆、逻辑判断、双向通讯、决策、信息存储和记忆、逻辑判断、双向通讯、决策、自检、自校准、自补偿、自诊断、数值处理等功自检、自校准、自补偿、自诊断

27、、数值处理等功能的器件称为智能传感器。目前，研制成功的智能的器件称为智能传感器。目前，研制成功的智能传感器仅具有上述功能中的一部分，其代表性能传感器仅具有上述功能中的一部分，其代表性产品有产品有: : 美国美国Honeywell Honeywell 公司的公司的DSTJ - 3000 DSTJ - 3000 智能压智能压力变送器；力变送器； ParScientific ParScientific 公司的公司的1000 1000 系列数字式石系列数字式石英智能化传感器；英智能化传感器； 智能加速度传感器；智能加速度传感器； 智能红外传感器等。智能红外传感器等。 现在一些国家正在研究开发可以识别物

28、体形现在一些国家正在研究开发可以识别物体形状的触觉传感器以及能分辨不同气体的嗅觉传状的触觉传感器以及能分辨不同气体的嗅觉传感器。随着科学技术的发展，智能传感器的功感器。随着科学技术的发展，智能传感器的功能将逐步加强，它将利用神经网络技术、传感能将逐步加强，它将利用神经网络技术、传感器信息融合技术、模糊理论等新技术，使传感器信息融合技术、模糊理论等新技术，使传感器具有更高级的智能，可完成多维检测等复杂器具有更高级的智能，可完成多维检测等复杂任务，应用前景更为广阔。任务，应用前景更为广阔。 （4）无线网络化传感器）无线网络化传感器 网络化传感器是指传感器在现场级实现网络化传感器是指传感器在现场级实

29、现TCP/ IP协议，使现场测控数据就近登临网络协议，使现场测控数据就近登临网络 ,在网络所能及的范围内实时发布和共享。在网络所能及的范围内实时发布和共享。 近几年，采用蓝牙技术标准开发成功一种近几年，采用蓝牙技术标准开发成功一种无线网络化传感器。它与有线网络化传感器相无线网络化传感器。它与有线网络化传感器相比，具有：比，具有： 安装位置不受任何限制，摆放灵活，且无安装位置不受任何限制，摆放灵活，且无须布线；须布线； 不用电缆线，降低了成本，提高了系统可不用电缆线，降低了成本，提高了系统可靠性；靠性； 安装和维护非常简便等优点。安装和维护非常简便等优点。 美国美国Crossbow Techno

30、logy Crossbow Technology 公司，公司， 采用蓝牙协议，采用蓝牙协议，开发成功一种开发成功一种Cross Net Cross Net 结构，具有结构灵活、模块化结构，具有结构灵活、模块化, ,测量范围宽、使用方便等特点。最近，该公司在美国测量范围宽、使用方便等特点。最近，该公司在美国“2002 2002 年传感器博览会年传感器博览会”上展示出最近开发成功的可以上展示出最近开发成功的可以配备各种传感器的小型无线模块，相邻的多个模块之间利配备各种传感器的小型无线模块，相邻的多个模块之间利用无线通信可以自动构成一个网络，而且可将用无线通信可以自动构成一个网络，而且可将1000

31、1000 个以个以上的模块进行上的模块进行“Multihop Multihop 连接。这种模块使用连接。这种模块使用916MHz 916MHz 频频带，发送时工作电流为带，发送时工作电流为12 mA 12 mA ，最大发送距离，最大发送距离60 m60 m。 目前，美国目前，美国OAK Ridge OAK Ridge 国家研究院等单位正在开发新国家研究院等单位正在开发新一代无线传感器，也即采用一代无线传感器，也即采用MEMS MEMS 技术，将传感器、信号技术，将传感器、信号调制电路和通讯元件集成在一块硅衬底上。调制电路和通讯元件集成在一块硅衬底上。 5 5 高技术战争中需要新型传感器高技术战

32、争中需要新型传感器 在当代高技术战争中迫切要求研制新一代特殊品在当代高技术战争中迫切要求研制新一代特殊品种、规格的传感器种、规格的传感器: : (1) (1) 特殊品种传感器：特殊品种传感器： 例如检测弹头再入时受到气动磨擦加热时的烧蚀传例如检测弹头再入时受到气动磨擦加热时的烧蚀传感器；测量导弹、卫星及运载器的气动加热的热流传感感器；测量导弹、卫星及运载器的气动加热的热流传感器；航天用的前视红外传感器、红外焦平面阵列；精密器；航天用的前视红外传感器、红外焦平面阵列；精密制导用的红外制导传感器等。制导用的红外制导传感器等。 (2) (2) 特殊规格传感器：特殊规格传感器： 例如检测聚热介质的高温

33、传感器和暴冷介质的低温例如检测聚热介质的高温传感器和暴冷介质的低温传感器；低量程和大量程的振动、加速度传感器；大传感器；低量程和大量程的振动、加速度传感器；大量程压力传感器。量程压力传感器。 (3) (3) 新型传感器：新型传感器： 例如微型传感器例如微型传感器 ( (如重量小于如重量小于1g1g、功耗为几毫瓦的、功耗为几毫瓦的传感器传感器) ) ；诊断传感器；军用机器人用的智能传感器；诊断传感器；军用机器人用的智能传感器；三维视觉传感器；模糊传感器；高准确度图像传感器；三维视觉传感器；模糊传感器；高准确度图像传感器；超导传感器；红外超导传感器；红外CMT CMT 凝视阵列及凝视阵列及CMT

34、CMT 凝视焦平面阵凝视焦平面阵列；高准确度光纤陀螺等。列；高准确度光纤陀螺等。 MEMS ?MEMSMEMS是是Micro Electro-Mechanical System (Micro Electro-Mechanical System ( 微微电子机械系统电子机械系统) )的简称，是由微机械加工技术的简称，是由微机械加工技术(Micromachining)(Micromachining) 和微电子技术和微电子技术(Microelectronics Technologies)(Microelectronics Technologies) 相结合而制相结合而制成的集成系统，它包括有微电子电

35、路成的集成系统，它包括有微电子电路 (IC) (IC) 、微执、微执行机构以及微传感器。行机构以及微传感器。 MEMTMEMT是是Micro Electro Mechanical Micro Electro Mechanical Technology(Technology(微电子机械技术微电子机械技术) )的简称，的简称， Micromachine or Micromechanisum (Micromachine or Micromechanisum ( 微机械微机械) ) 、Microsystem(Microsystem(微系统、微系统、MS)MS)。 它们都是以微小它们都是以微小(Micr

36、o)(Micro)为特征，有的强调机械，为特征，有的强调机械，有的强调系统，但当前人们常不加区别地与有的强调系统，但当前人们常不加区别地与 MEMSMEMS通用。通用。 ? MEMS是近十年来发展非常迅速的跨学科的新是近十年来发展非常迅速的跨学科的新兴领域，兴领域，MEMS技术的目标是把信息获取，处理技术的目标是把信息获取，处理和执行一体化地集成在一起，使之成为真正的微和执行一体化地集成在一起，使之成为真正的微电子系统。这些装置把电路和运转着的机器装在电子系统。这些装置把电路和运转着的机器装在一个硅芯片上，对于传统的一个硅芯片上，对于传统的“机械学机械学”来说，来说，MEMS不仅为之打开了不仅

37、为之打开了“微尺寸微尺寸”新领域的大门，新领域的大门，也是真正实现机电一体化的开始。因此，正如也是真正实现机电一体化的开始。因此，正如 70年代微电子技术引发了信息革命一样，年代微电子技术引发了信息革命一样， MEMS 被认为是微电子技术的又一次革命，对被认为是微电子技术的又一次革命，对 21世纪的世纪的科学技术、生活方式和人类生活质量都会有深远科学技术、生活方式和人类生活质量都会有深远的影响。的影响。 ?MEMS特征、分类及主要加工方法特征、分类及主要加工方法 MEMS是以微电子技术为基础，以单晶硅为是以微电子技术为基础，以单晶硅为主要基底材料、辅以体硅加工、表面加工、主要基底材料、辅以体硅

38、加工、表面加工、LIGA以及电镀、电火花加工等技术手段，进行以及电镀、电火花加工等技术手段，进行毫米级和亚毫米级的微零件、微传感器和微执行毫米级和亚毫米级的微零件、微传感器和微执行器的三维和准三维加工，并利用硅器的三维和准三维加工，并利用硅 IC工艺的优势，工艺的优势，制造出集成化的微机电系统乃至微机器人。制造出集成化的微机电系统乃至微机器人。 F-22战斗机战斗机 ?F-22战斗机是美国洛克希德战斗机是美国洛克希德 马丁公司与波音公马丁公司与波音公司为美国空军研制的司为美国空军研制的 21世纪初主力制空战斗机，世纪初主力制空战斗机，主要用于替换美国空军现役的主要用于替换美国空军现役的 F-1

39、5战斗机，在美战斗机，在美国空军武器装备发展中占有最优先的地位。国空军武器装备发展中占有最优先的地位。 2002年年9月，美空军正式将月，美空军正式将F-22改名为改名为F/A-22，确立了，确立了F/A-22将兼顾制空与对地攻击双重将兼顾制空与对地攻击双重任务。任务。 2005年年12月，美国空军兰利空军基地的第月，美国空军兰利空军基地的第 27战斗机中队装备的战斗机中队装备的 F-22A率先达到初始作战能力率先达到初始作战能力（IOC），随后国防部表示），随后国防部表示 F-22A已经达到战备已经达到战备状态。同时美国空军又恢复了状态。同时美国空军又恢复了 F-22这一名称。这一名称。 在在2007年进行的一系列演习中，年进行的一系列演习中， F-22A创造了创造了模拟空战击落模拟空战击落144架架“敌机敌机”而自身无一伤亡的而自身无一伤亡的“神话神话”。尽管这一数字不可全信，但仍足以佐。尽管这一数字不可