2020-09-26
129
ПЛАН ЛЕКЦИОННОГО КУРСА
«Микродатчики» (3 курс, 5 семестр)
Лекций, 18 лабораторных практикумов, самостоятельная работа 63 часа.
Раздел 1. Лекции.
| ДЕ 1. Общие понятия о микросистемах. | |||
| Лекция 1. | Сенсоры, актюаторы, микросистемы. Основные термины и определения. Классификация. Основные метрологические характеристики сенсоров. | ||
| ДЕ 2. Проектирование сенсоров, актюаторов и микросистем. | |||
| Лекция 2. | Компьютерное моделирование и проектирование сенсоров и микросистем. Компьютерные модели и аналитические расчёты. ANSYS. Идеология моделирования в ANSYS. | ||
| ДЕ 3. Механические сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лекция 3. | Механические напряжения и деформации. Тензорезистивный принцип измерения давления. Ёмкостные сенсоры давления, их сравнение с тензорезистивными сенсорами давления. | ||
| Лекция 4. | Акселерометры, концепции их построения и применения. Математическое описание работы акселерометра. Конструкция тензорезистивных и ёмкостных акселерометров. | ||
| Лекция 5. | Другие практические реализации механических сенсоров. Микросистемные микрофоны. Тактильные сенсоры. Механические актюаторы, электростатический принцип их работы. | ||
| Лекция 6. | Микрофлюидные сенсоры, расходомеры. Пассивные и активные клапаны. Пневматические, пьезоэлектрические, электростатические и другие виды клапанов. | ||
| ДЕ 4. Термические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
| |||
| Лекция 7. | Физические основы работы термических сенсоров. Теплопроводность, конвекция, излучение. Электротепловая аналогия. | ||
| Лекция 8. | Сенсоры потока газа. Конвективный теплообмен. Критерии подобия. Термоанемометры на основе металла и поликремния. Сенсоры, чувствительные к направлению потока газа. Термические вакуумметры (манометры Пирани). | ||
| ДЕ 5. Оптические сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лекция 9. | Оптические сенсоры, как измерительные приборы. Виды оптических сенсоров. Метрологические характеристики излучения. Мощность и спектральный состав излучения. | ||
| Лекция 10. | Фотоэлектрические сенсоры прямого действия (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотоэмиссионные сенсоры, ёмкостные фотоэлектрические сенсоры, солнечные ячейки). Принципы работы фотоэлектрических сенсоров прямого действия. | ||
| Лекция 11. | Фотоэлектрические сенсоры непрямого действия (термопары, пирометры, болометры, ячейки Голея). Тепловизоры. Основы промышленного тепловидения. | ||
| ДЕ 6. Магнитные сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лекция 12. | Магнитные сенсоры. Эффект Холла в металлах и полупроводниках. Некоторые метрологические характеристики. Магниторезистивный эффект и приборы на его основе. | ||
| Лекция 13. | Магнитные диоды и магнитотранзисторы. Двухколлекторные магнитотранзисторы, их виды и конструкция. | ||
| ДЕ 7. Химические сенсоры, актюаторы и микросистемы.
| |||
| Лекция 14. | Химические сенсоры, основные принципы работы. Классификация химических сенсоров. Химические сенсоры прямого действия (каталитические, металлооксидные, электрохимические, эластометрые). Химические полевые транзисторы. | ||
| Лекция 15. | Составные химические сенсоры: микрокалориметры, пелисторы, оптические химические сенсоры. Гравиметрические сенсоры и «электронные носы». Энзимные сенсоры. | ||
| Лекция 16. | Сенсоры влажности. Основные термины и определения. Конденсационный гигрометр, его характеристики. Сорбционные гигрометры, их метрологические характеристики. | ||
| ДЕ 8. Сенсоры ядерного излучения. | |||
| Лекция 17. | Ядерное излучение и его характеристики. Альфа-, бета- гамма- и нейтронное излучения. Закон радиоактивного распада. Биологический эффект ядерного излучения. | ||
| Лекция 18. | Сцинтилляционные счётчики на основе ФЭУ, их конструкция и характеристики.Счётчики Гейгера – Мюллера, их устройство и электрическая схема. Ионизационная камера. Полупроводниковые детекторы. Другие детекторы ядерного излучения. | ||
Раздел 2. Лабораторные практикумы.
| ДЕ 1. Общие понятия о микросистемах. | |||
| Лабораторный практикум 1. | Базовая схема технологического процесса изготовления сенсоров и микросистем. | ||
| Лабораторный практикум 2. | Специальные технологии изготовления микросистем. Объёмные и поверхностные технологии. Жертвенные технологии. | ||
| ДЕ 2. Проектирование сенсоров, актюаторов и микросистем. | |||
| Лабораторный практикум 3. | Решение задачи проектирования микросистем при помощи ANSYS Workbench. | ||
| Лабораторный практикум 4. | Градуировка сенсоров и микросистем. Измерительные установки и выполнение измерений на них. | ||
| ДЕ 3. Механические сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лабораторный практикум 5. | Топология и конструктивная реализация кремниевых тензорезистивных сенсоров давления. Ёмкостные сенсоры уровня и плотности. | ||
| Лабораторный практикум 6. | Механические напряжения в кремниевых упругих элементах различной формы, балочного и мембранного типа. Решение задач при помощи моделирования на ANSYS. | ||
| ДЕ 4. Термические сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лабораторный практикум 7. | Аналитический расчёт тепловых потоков в микросистемах. | ||
| Лабораторный практикум 8. | Расчет тепловых режимов работы микросистем в стационарном случае. Решение задач при помощи моделирования на ANSYS. | ||
| ДЕ 5. Оптические сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лабораторный практикум 9. | Энергетические и фотометрические характеристики излучения. | ||
| Лабораторный практикум 10. | Аналитический расчет выходного сигнала и чувствительности фотоэлектрических сенсоров прямого действия. | ||
| Лабораторный практикум 11. | Конструктивные особенности микросистемных фотосенсоров непрямого действия балочного и мембранного типа. | ||
| ДЕ 6. Магнитные сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лабораторный практикум 12. | Аналитический расчет выходного сигнала и чувствительности сенсоров на эффекте Холла и магниторезисторов. | ||
| Лабораторный практикум 13. | Расчет магнитных полей в различных микроструктурах. Решение задач при помощи моделирования на ANSYS. | ||
| ДЕ 7. Химические сенсоры, актюаторы и микросистемы. | |||
| Лабораторный практикум 14. | Химические сенсоры прямого и непрямого действия, расчет электрофизических характеристик. | ||
| Лабораторный практикум 15. | Расчет метрологических характеристик гигрометров различного типа. | ||
| Лабораторный практикум 16. | Интегральные химические аналитические системы и методы исследований. «Лаборатории на чипе». | ||
| ДЕ 8. Сенсоры ядерного излучения.
| |||
| Лабораторный практикум 17. | Аналитический расчет дозы поглощенного излучения в различных физических условиях. | ||
| Лабораторный практикум 18. | Итоговая контрольная работа по курсу. | ||
