1.3 微小型無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)技術(shù)的挑戰(zhàn)

1．系統(tǒng)化帶來(lái)的挑戰(zhàn)

基于微米、納米技術(shù)發(fā)展起來(lái)的微機(jī)電系統(tǒng)，由于是高度集成的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，傳感器是系統(tǒng)不可分割的一部分，因此給測(cè)試、校準(zhǔn)帶來(lái)新的問(wèn)題。圖1.1為微流體測(cè)控系統(tǒng)工作原理圖，由迂回型密集微溝道、微流量傳感器、微型溫敏元件、微泵、微接口、流量計(jì)等組成，集成、裝配在一起。整個(gè)系統(tǒng)含有專用的信號(hào)處理電路及智能化控制電路，用于對(duì)微泵進(jìn)行智能化驅(qū)動(dòng)。微泵采用寬頻、寬電壓范圍下工作的單膜無(wú)閥微泵，不僅易于微裝備實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)集成化，而且有利于在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)微流體的流動(dòng)指標(biāo)。由于無(wú)閥微泵具有無(wú)活動(dòng)微部件、對(duì)流體介質(zhì)無(wú)損傷等特點(diǎn)，因此工作可靠、穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，非常適合長(zhǎng)期工作在微流體測(cè)控系統(tǒng)（小衛(wèi)星、集成電路芯片等）或化學(xué)微配給系統(tǒng)中。微型溫敏元件和微流量傳感器采用半導(dǎo)體和金屬薄膜傳感器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

圖1.1 微流體測(cè)控系統(tǒng)工作原理圖

集成在微流體測(cè)控系統(tǒng)中的微型溫敏元件和微流量傳感器能夠?qū)囟群土髁窟M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，信號(hào)處理電路可根據(jù)溫度和流量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)微泵的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)微流體測(cè)控系統(tǒng)的智能化控制。由于流量計(jì)集成在系統(tǒng)內(nèi)，因此如何校準(zhǔn)是有待于解決的問(wèn)題。由此可以看出，在微小型無(wú)人系統(tǒng)中，測(cè)試技術(shù)不再是處于從屬的、服務(wù)的地位，而是必不可少的重要組成部分。

2．微型化帶來(lái)的挑戰(zhàn)

由于微小型衛(wèi)星的體積很小，質(zhì)量很輕，因此用來(lái)精確定位和調(diào)控姿態(tài)的推進(jìn)脈沖量級(jí)約為10-4-10-6N·s。傳統(tǒng)火箭推進(jìn)器含有燃燒箱、控制閥、燃燒室和噴管等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積、質(zhì)量大，無(wú)法提供小而精的脈沖推力，不能用于微小型衛(wèi)星。火箭芯片是一種新概念的微型推進(jìn)器，以陣列形式將大量一次性推進(jìn)單元制作在三合夾層的芯片上。其中，上層為噴管和爆破薄膜硅片；中層為用玻璃制作的含有推進(jìn)劑的燃燒室；下層為多晶硅上的起爆電阻。推進(jìn)單元可提供一個(gè)被稱為脈沖比特的脈沖量。推進(jìn)單元既可單獨(dú)作用，也可多個(gè)同時(shí)作用或順序作用，依次向微小型衛(wèi)星提供不同大小和不同方向的作用力。其沖量、功率、能量的測(cè)試、計(jì)量是十分重要的，可評(píng)估不同尺寸膛室的推進(jìn)效能。目前沒(méi)有很好的測(cè)試方法。雖然納米碳管可作為微傳感器進(jìn)行單個(gè)細(xì)胞稱重，但如何計(jì)量也是一個(gè)難題。

3．性能提高帶來(lái)的挑戰(zhàn)

由于MEMS，即微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro Mechanical System）傳感器的固有特點(diǎn)，使其性能有所提高，如微機(jī)電加速度傳感器，美國(guó)已將其量程提高到20萬(wàn)個(gè)加速度，固有頻率為1MHz；俄羅斯則進(jìn)一步將其量程提高到40萬(wàn)個(gè)加速度，這樣高量程、高頻響的傳感器給測(cè)試、校準(zhǔn)提出了新的問(wèn)題。

總之，由于微小型無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展，勢(shì)必給測(cè)試技術(shù)提出一些新的課題。而微小型無(wú)人系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)的突破，也必然促進(jìn)微小型無(wú)人系統(tǒng)跨越式的發(fā)展。