微致動與感測器分析與設計微致動與感測器分析與設計

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台灣師範大學機電工程學系 C. R. Yang, NTNU MT

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微致動與感測器分析與設計微致動與感測器分析與設計

Analysis and Design of

Analysis and Design of Microactuator Microactuator and and Microsensor Microsensor

楊啟榮博士

教授

國立台灣師範大學機電工程學系

Department of Mechatronic Engineering National Taiwan Normal University

Tel: 02-7734-3506; 0955-052-392 E-mail: [email protected]

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課課程程資訊資訊

課號： MTC0016

名稱：微致動與感測器分析與設計

英文名稱：Analysis and Design of Microactuator and

Microsensor

學分：3 類別：選修

適修年級：碩/學士生(大碩合開)

對象：具機械、電機工程背景知識之研究生授課老師：楊啟榮博士

課程講義：微致動與感測器分析與設計講義

C. R. Yang, NTNU MT

教學目標教學目標

微致動器與微感測器又稱為微轉換器(micro-transducer)，在微機電系統中扮演很重要的角色，本課程是微機電系統原理與應用課程之延伸，將由傳統電動機械驅動原理介紹，擴展至微致動器與微感測器的設計與製作，內容包括各種微型致動器與感測器的工作原理、製程分析、系統整合模擬與測試，期使學生能有獨立的微型致動器與感測器分析設計與製作能力。

感測與致動原理感測與致動原理感測器

感測器

致

致( (

非非

制) 制 )動器動器

將一物理量(力、位移、角度、振動、音波、流量、溫度)或化學量(

化學成份、pH值、濃度、鹽度、黏度、密度、比重)的變化轉換成電性輸出，如將力、位移或角度的變化轉變成電壓、電容或電阻的變化量。

與感測器相反，將某一種能源作為輸入，產生物理量的變化，如引

擎、馬達。

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台灣師範大學機電工程學系 -5-

轉換器轉換器( (傳感器傳感器) )原理原理

環境中的物理量或化學量

電性訊號轉換成可讀性物理或化學量

數位式溫度計

pH值量測計

生物感測器示意圖

微電子微電子 + + 微機械微機械 = = 微機電系統微機電系統

(Micro Electro Mechanical System, MEMS)

把玩齒輪的螞蟻(IMT, Germany) 3D Optical Scanner3D Optical Scanner(ADI, USA)

旋轉式微馬達可變聚焦位置透鏡

微致動器在微機電系統中扮演很重要的角色

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Functional passive:

Mirror

Engine:

Comb actuator

Transmitting mechanism:

Linkage, gear Sandia National Lab.

Micro optical scanner Micro optical scanner

-8- 懸吊系統感測器

座位姿態記憶裝置側邊氣囊加速度計 ABS車速感測器 智慧型後視裝置防止翻覆感測器

防傾斜/內側防護裝置 胎壓感測器

座位偵測器前方氣囊加速度計

油量偵測器

引擎溫度感測器

紅外線夜視裝置

燃油流量感測器燃油品質感測器

距離警告雷達車燈調平裝置

衛星定位導航裝置

抬頭顯示器

微感測器在汽車工業的應用

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Wii獨創性遊戲軟體與輸入方式 Wii 獨創性遊戲軟體與輸入方式

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MEMS 3

MEMS 3軸加速度感應晶片軸加速度感應晶片

WiiWii利用加速度當作輸入方式

利用加速度當作輸入方式(

(多軸動作感應技術

多軸動作感應技術)

)

原相科技：任天堂遊戲機Wii感測晶片獨家供應商

高階數位相機中，鏡頭常以內建陀螺儀達到機械式防手震，效果較光學式防手震為佳。

如果沒有MEMS，iPhone螢幕就無 法垂直旋轉成水平顯示。

1.

姿勢輸入：取代遊戲機的開關、按鈕、滾輪、搖桿…等搖控產品。

2.

影像穩定：用於攝錄影機、數位相機…等產品(防手震)。

3.

顯示器定位：用於可攜式多媒體播放機(畫面自動回饋補正)。

4.

硬碟磁頭損毀保護：用於具硬碟裝置的電子產品。

5.

導航：用於GPS、電子羅盤…等產品(早期應用於導彈控制、機器人、

無人飛機等軍事用途)。

6.

生物監測：用於計步器、血壓監測器…等醫療運動產品。

7.

振動感測：用於汽車安全氣囊感測器、傾斜感測器以及防鎖死系統…

等汽車安全監控；洗衣(碗)機或烘衣(碗)機…等家用產品。

多軸動作感應系統的技術與應用多軸動作感應系統的技術與應用

MEMS加速度計搭配陀螺儀成慣性量測系統

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課程架構課程架構

課程預計進度課程預計進度

微機電系統製程簡介微致動器原理與應用技術微感測器原理與應用技術微光機電系統與應用技術微流體系統與應用技術

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評分原則評分原則

出席率與上課態度 (20%) 、書面報告

(

注意格式要求)(80%) 。

用功與否，決定分數的高低；若是太混，仍然會難逃被當的命運。

本課程非營養學分，請作好心理準備才選修！！

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書面報告書面報告

1.

翻譯一篇至少五頁之SCI級國際期刊論文，主題內容以微致動器或微感測器技術為主，其需事先經過授課教師認可(E-mail to Yang)，

認可時間最晚為兩週內。

請選擇SCI期刊論文，而非會議論文(請注意兩者之不同)。

要有期刊名、卷數、頁數等論文出處標註。

將論文

代碼.pdf

改成

篇名.pdf

再寄給老師審閱

2.

國際期刊論文必須找2013年以後之論文。

3.

繳交論文翻譯pdf檔案、期刊原文pdf檔，置於姓名+學號(如楊啟榮

99087733)的目錄中，期末再指定同學收集繳交。

4.

繳交之報告格式，需符合授課教師指定之格式(何謂指定格式，請見

參考補充資料) ，千萬不可太多錯字，否則將退回報告不予計分。

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SCI SCI 與SSCI 與 SSCI 資料庫的查閱方法資料庫的查閱方法

1. Impact Factor & Ranking查詢說明 2.

論文被引用次數查詢說明

(補充說明：論文被引用次數查詢說明.ppt)

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書面報告- 書面報告 -翻譯範圍？翻譯範圍？

1. 篇名

2. 姓名+學號＋單位楊啟榮 99087733 台灣師範大學機電科技學系 3. 圖穿插在內文中。

4. 翻譯內文全部直到結論。

5. 參考文獻原文複製排列整齊即可。

6. 作者簡歷自傳不要處理。

1.

書面報告格式介紹(請認真體會格式的要求)。

2.

如何尋找國際期刊論文？

Google:

http://scholar.google.com/

輸入關鍵字或作者名即可……

上課原則與配合事項上課原則與配合事項

1.

事假、病假必須於上課前，以簡訊、E-mail請假，或由可信賴之同學轉告。

2.

無故曠課

(不定時點名)多次，每次期末總成績扣3分(建議

期中退選)。

3.

上課手機關機！

4.

不建議直接Download檔案用平板或筆記電腦上課，這樣

無法做筆記。

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課輔時間課輔時間

研究室位置：機械大樓二樓機219室 / 電話: 7734-3506; 0955052392 / E-mail:[email protected]

影片欣賞- 影片欣賞 -認識認識MEMS MEMS傳感器技術傳感器技術

1. MEMS传感器在智能设备的应用 http://it.sohu.com/20140702/n401650768.shtml

2. Mirrorcle Technologies MEMS Mirrors in Tip-Tilt-Piston Operation http://www.youtube.com/watch?v=UcT0ZIcL2B4

3. 超薄型壓力感測器

https://www.youtube.com/watch?v=wMEGpCYttpU

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