前言
微納米技術是21世紀最重要的科學技術之一，它將在新世紀引起一場新的工業革命。而微納米測量技術是微納米技術的重要組成部分，它對於微納米材料的發展、微納米器件和系統的研究與開發具有十分重要的意義。由於微納米技術研究微觀尺度的物體和現象，因此微納米測量技術也主要指微米和納米尺度和精度的測量技術。與廣義的測量技術相比，它具有被測量的尺度小以及以非接觸測量手段為主等主要特點，對它的研究既有與廣義測量技術共性的東西，也有它自身獨有的技術特點。本書講述微納米測量技術的基本理論和方法，微納米測量系統的工作原理及構成，以及對不同物理量的微納米測量套用。
全書共4章。第1章為緒論，講述微納米測量技術的意義、特點和研究的內容。第2章為信號的感測及微型感測器，介紹各種微感測器的工作原理及其典型套用。第3章介紹微納米測量技術的光學方法，講述各種方法的原理、光學測量系統的結構及套用。第4章為典型物理量和MEMS系統特徵參數的測量技術，介紹典型物理量的微納米測量技術套用，主要包括微納米尺度的幾何量、表面粗糙度與表面微觀形貌、MEMS材料機械特性、微應力和微應變、微位移、速度和加速度、振動、聲和超聲等的測量。
本書第4章由陳非凡編寫，第3.5~3.9節由董瑛編寫，其他章節由王伯雄編寫，由羅秀芝製作插圖和編寫習題。全書由王伯雄統稿並審閱。本書在編寫過程中得到清華大學精密儀器與機械學系李慶祥老師和李玉和老師的大力幫助，在此向他們表示深深的謝意！
由於作者水平有限，書中缺點和錯誤在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
本書講述了微納米測量技術的基本理論和方法、微納米測量系統的工作原理及構成以及對不同物理量的微納米測量套用。
全書共4章，內容包括：微納米測量技術的意義、特點和研究的內容；微型感測器的工作原理及其典型套用；微納米測量技術中的光學方法，光學測量系統的結構及套用；微納米尺度的幾何量、表面粗糙度、表面微觀形貌、MEMS材料機械特性、微應力和微應變、微位移、速度和加速度、振動、聲和超聲等典型物理量的測量技術套用。
本書可作為高等院校微機電系統工程、測控、儀器、自動化、機電一體化等專業的本科生和研究生教材，也可作為工程技術人員的參考書。
目錄
1緒論1
1.1測量和測量系統1
1.2微納米技術和微系統技術2
1.2.1微納米技術的產生和發展2
1.2.2微系統技術4
1.2.3微系統技術加工方法5
1.2.4微納米材料的特性11
1.3微納米測量技術的任務12
1.4課程學習的主要內容14
習題14
2信號的感測及微型感測器15
2.1MEMS技術與微型感測器15
2.2加速度微感測器17
2.2.1基本原理17
2.2.2壓阻式微加速度計20
2.2.3電容式和力平衡（伺服）式加速度計25
2.2.4各類微加速度感測器的性能比較28
2.3微型力、壓力、應變感測器29
2.3.1基本原理29
2.3.2微力感測器31
2.3.3微應力敏感電子裝置32
2.3.4微壓力感測器33
2.3.5壓阻式壓力感測器35
2.3.6電容式壓力感測器38
2.3.7微應變感測器39
2.4速度和流量微感測器41
2.4.1基本原理41
2.4.2熱敏電阻式微流量感測器42
2.4.3壓阻式微型流量感測器44
2.4.4電容式微型流量感測器45
2.4.5諧振橋式微流量感測器47
2.5質量微感測器47
2.5.1基本原理47
2.5.2壓電質量微感測器47
2.5.3SAWR微感測器48
2.6隧道效應式感測器49
2.6.1基本原理49
2.6.2隧道效應加速度計50
2.6.3隧道效應紅外感測器51
2.6.4隧道效應式磁強計51
2.7光纖感測器52
2.7.1光纖結構及光導原理52
2.7.2光纖特性56
2.7.3光纖感測器原理及結構58
習題66
3微納米測量技術的光學方法68
3.1自動調焦法68
3.1.1自動調焦原理68
3.1.2輪廓測量70
3.1.3三維形貌測量71
3.1.4自動調焦方法的套用72
3.2三角法測量原理及套用78
3.2.1點三角法感測器的基本結構及作用原理79
3.2.2三角法測量感測器中光源的選擇81
3.2.3不同檢測方案的比較81
3.2.4影響三角法測量精度的因素83
3.2.5點三角法感測器的典型特性85
3.2.6三角法感測器的套用85
3.2.7雷射光切法感測器89
3.2.8光切法感測器的光源和探測器90
3.2.9圖像評價92
3.2.10光切法的套用93
3.3莫爾條紋法和投影條紋法94
3.3.1莫爾條紋法94
3.3.2陰影莫爾法98
3.3.3投影莫爾法99
3.4投影條紋法100
3.4.1作用原理100
3.4.2編碼式光切法103
3.5光學顯微測量技術107
3.5.1顯微鏡的工作原理107
3.5.2測量顯微鏡110
3.6光干涉測量技術111
3.6.1相移干涉測量技術111
3.6.2白光干涉測量技術114
3.6.3顯微干涉測量技術115
3.7雷射掃描顯微測量技術118
3.7.1自聚焦雷射掃描顯微鏡118
3.7.2共焦雷射掃描顯微鏡119
3.8掃描電子顯微鏡技術121
3.8.1電子顯微鏡的工作原理121
3.8.2掃描電子顯微鏡123
3.8.3掃描電子顯微鏡的套用125
3.9原子力顯微鏡技術126
3.9.1原子力顯微鏡的工作模式127
3.9.2微懸臂形變檢測方法128
3.9.3原子力顯微鏡的套用129
習題129
4典型物理量和MEMS系統特徵參數的測量技術131
4.1MEMS器件幾何結構特徵參數測量131
4.1.1微米尺度的幾何量測量132
4.1.2納米尺度的幾何量測量與納米測量學140
4.2表面粗糙度與表面微觀形貌測量146
4.2.1表面粗糙度與表面微觀形貌的評價方法147
4.2.2表面粗糙度與表面微觀形貌的測量方法156
4.3MEMS材料機械特性的測試169
4.3.1拉伸測試法170
4.3.2彎曲梁法179
4.3.3納米壓入法182
4.3.4鼓膜法184
4.3.5共振頻率法186
4.4力、應力和應變的測量187
4.4.1MEMS結構中的應力和應變187
4.4.2應力、應變對MEMS結構的影響188
4.4.3MEMS結構中應力和應變的測量方法189
4.5微位移、速度、加速度和振動等微機械量的測量204
4.5.1計算機微視覺與頻閃光照明技術在微機械量檢測中的套用204
4.5.2干涉技術在微機械量檢測中的套用206
4.5.3光纖技術在微機械量檢測中的套用207
4.6聲和超聲等其他物理量的測量208
4.6.1聲頻的測量209
4.6.2聲壓測量技術212
4.6.3聲強測量技術213
4.6.4其他聲學參數測量技術216
4.6.5聲學測量技術217
習題219參考文獻221
