【MEMS】【2】微机电的传感器和执行器，换能器

互联网上的人都是虚拟的。每个人都认识到负能量。被负能量感染后，他们真的成了网上谈论的人。什么压力，什么不公平，什么不可抗拒的生活，什么不期待的未来，都与我无关。努力工作，离开过去生活中的无能为力。恋爱结婚，过正常人该过的日子。你不能被负能量感染。自私地思考别人的悲伤与我无关，不是吗？释放负能量不能缓解别人的压力。拥有一颗坚强的心，走上正确的道路。

敏感它可以定义为能量转换过程产生的感知

执行它可以定义为能量转换过程产生的运动

传感器和执行器统称为传感器，即信号和能量从一种能量转化为另一种能量

对于特殊的传感器和执行器，能量交换不仅涉及两个能量域，而且涉及多个能量域。虽然直接能量交换涉及的能量域最少，但不一定好，不一定简单，不一定低成本，不一定性能好

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电压、电流、电流密度、电阻、电容、电感、 电荷、脉冲宽度、空比、电子、半导体、带间隙

力、压力、速度、流速、粘度、加速度、重力、 声学振动噪声，应力，应变，硬度，断裂强度

化学浓度，pH值、反应速率、分子识别、DNA测序， DNA杂交，蛋白质结构

电磁波，红外辐射，UV辐射，X等离子体， 高能粒子、颜色、吸附、传输

磁场强度和方向，磁力，电磁力，洛伦兹力，电感

温度、热导、热流、热容、相变、量热学

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传感器能转换不同能域的激励信号，这样我们才能检测到这些信号，另外传感器能将激励信号转换成电能，这样信号才能跟控制器，记录仪，计算机接口。

一般不限于一种传感原理实现某一换能目的。比如电阻值变化、液体体积膨胀、物体的辐射功率增大、工业染料的颜色变化、谐振梁的谐振频率变化、更强的化学反应活性等都能探测温度变化。

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传感器有两类

• 灵敏度。输出信号与输入激励之间的比值

• 线性度。如果信号随输入信号变化而成比例变化，说明响应是线性的

• 准确度。指传感器使得输出结果接近真实值的能力

• 精确度。指在相同条件下，重复测量同一变量，传感器给出同样结果的能力 （重复性是短时间内的精确度） （再现性是长时间内的精确度）

• 响应特性或分辨率。也叫检测极限或最小检测信号MDS

• 噪声。噪声本身也是一种信号（干扰）。通常的噪声指物理随机噪声，如热噪声

• 动态范围。指可测得的最高信号水平和最低信号水平间的比值

• 带宽。可测量快速变化信号的传感器的带宽。有效响应的频率范围为带宽

• 漂移。因为材料的机械和电学性质随时间变化，所以传感器的响应特性会漂移。 漂移大的不能有效测量缓慢变化的信号，比如检测结构的应力随时间变化

• 传感器可靠性。传感器性能随时间变化，在某类条件下，传感器需要达到规定的可靠性

• 串扰或干扰。测量某一变量的传感器对另一物理变量也敏感

• 开发成本和时间。希望降低成本、缩短开发时间、快速市场化

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表现为内部电子或粒子随机性热涨落所产生的电阻开路电压。

Johnson噪声的RMS值定义 V n o i s e = 4 k T R B V_{noise}=\sqrt{4kTRB} Vnoise​=4kTRB ​ ，其中k、T、R、B分别是玻尔兹曼常数、绝对温度、电阻值、单位为Hz的带宽

等效噪声电流 V n o i s e / R V_{noise}/R Vnoise​/R

Johnson噪声是高斯分布的。热噪声存在于所有电阻中。

用带宽将Johnson噪声图归一化，得到噪声谱 4 k T R \sqrt{4kTR} 4kTR ​，单位 V / H z V/\sqrt{Hz} V/Hz ​          \;\\\;\\\;

另一种高斯分布的白噪声。来自于电荷不连续传输导致的电流量子随机涨落

I n o i s e = 2 q I d c B I_{noise}=\sqrt{2qI_{dc}B} Inoise​=2qIdc​B ​，其中q、 I d c I_{dc} Idc​、B分别是电荷、直流电压、测量带宽

散粒噪声不适用纯电阻

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由电流流过（半导体）界面时电导率随机性涨落产生的。电流的波动来源于界面态电荷的充放电

当物体具有1/f光发射谱时，人们的视觉感官会呈现出粉色

1/f噪声另一个来源是Hooge噪声，在给定频率f下，其功率谱值 α V B 2 / N f \alpha V_B^2/Nf αVB2​/Nf ，式中 V B V_B VB​表示载流子总数为N的电阻上的偏置电压， α \alpha α为无单位的常数

1/f噪声与载流子总数有关，因此也与电阻的体积有关

微结构周围的气体分子由于布朗运动与微结构产生机械膨胀，导致微结构振动产生热-机械本底噪声

等效热-机械力 ⟨ F ⟩ = 4 k T c B \langle F\rangle=\sqrt{4kTcB} ⟨F⟩=4kTcB ​，其中c为机械单元阻尼系数

在流动媒介（空气）中，物体会受到阻尼系数影响

气体压强越小，阻尼系数越小，产生的热噪声越小

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