前言
网上的都是虚的，大家都认可那种负能量，被负能量感染后果然也成为了网上大家谈论的那种人。什么压力，什么不公，什么难以反抗的生活，什么没有期望的未来，都和我无关。努力奋斗，离开过去生活中的无能为力。恋爱结婚，过正常人才该过的日子。不能被负能量感染了，自私点想他人的悲伤与我无关不是吗，释放负能量给他人也缓解不了自己的压力，拥有一颗强大的心脏，走在正确的道路上。
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换能器
敏感可以定义为能量转换过程所产生的感知
执行可以定义为能量转换过程所产生的运动
传感器和执行器统称为换能器，即实现信号和能量由一种能量转变为另一种能量
对于特殊的传感器和执行器来说，换能不仅仅是涉及两种能域而是多种能域。其中直接换能虽然涉及的能域最少，但是不一定好，不一定简单，不一定成本低，不一定性能好
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能量域
电能E
电压，电流，电流密度，电阻，电容，电感，
电荷，脉冲宽度，占空比，电子，半导体，带隙
机械能Mec
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
化学能C
化学浓度，pH值，反应速率，分子识别，DNA测序，
DNA杂交，蛋白质构造
辐射能R
电磁波，红外辐射，UV辐射，X射线，等离子体，
高能粒子，颜色，吸附，传输
磁能Mag
磁场强度和方向，磁力，电磁力，洛伦兹力，电感
热能T
温度，热导，热流，热容，相变，量热学
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加速度传感 (Mec-E)
- 用可动的质量块。惯性力使质量块产生一定位移，该位移能用压敏电阻或电容测量到。
- 用加热后的流体。惯性力使热流体产生一定位移，该位移能用温度传感器测量到——这种使用热传感原理的不需要可动部件，无需考虑机械可靠性，与批量化微电子代工厂工艺兼容，减少了上市时间，低成本。但是，效果很差，灵敏度低
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嗅觉传感 (C-E) 电子鼻
- 碳基材料能吸附表面声波器件传输通道中的某些分子，完成吸附后器件的电阻率会发生改变，某些机械特性也会改变，比如表面声波传输效率（
C
→
M
e
c
→
E
C\rightarrow Mec \rightarrow E
C→Mec→E）
- 化学分子的结合可以改变某些特别设计的化合物颜色，利用廉价的光电二极管可以检测到这种颜色变化（
C
→
R
→
E
C\rightarrow R \rightarrow E
C→R→E），或者直接用肉眼观察到颜色变化
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DNA序列识别 (C-E)
- 某些DNA分子可以与化学荧光标记结合，当某个DNA分子链与另一个DNA分子链发生结合时，会发出或明或暗的荧光（
C
→
R
→
E
C\rightarrow R \rightarrow E
C→R→E）。用高功率的荧光显微镜来捕捉荧光图像
- DNA分子吸附到金的纳米粒子后，DNA分子就会通过金粒子聚合发生杂交，导致光反射率变化（
C
→
R
→
E
C\rightarrow R \rightarrow E
C→R→E），或者电阻率变化——这种方法有更高灵敏度，更好的选择性，不需要笨重的荧光成像仪器。可以实现小型化和遥控使用
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传感器
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
- 物理传感器：测量力、加速度、压力、温度、流速、声波振动、磁场强度
- 化学/生物传感器：测量化学物质浓度、pH值、生物分子的结合强度、蛋白质之间的相互作用
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传感器考虑特性
-
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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传感器噪声和设计复杂性
Johnson噪声/白噪声/热噪声/Nyquist噪声
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
?
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散粒噪声
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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1/f噪声/闪烁噪声/粉噪声
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
碳电阻、压阻、场效应晶体管都有1/f噪声，金属膜电阻没有
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热-机械本底噪声
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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执行器
执行器驱动方式
| 驱动方式 | 基本过程 | 备注 |
|---|
| 静电驱动 | 电场作用于感应电荷或永久电荷时产生力 | 电极必须是导体 | | 磁驱动 | 磁畴与外部磁力线作用产生力矩和力 | 要求导磁材料和磁源（螺线管或永磁体） | | 热双层片驱动 | 由于温度变化使得至少两种材料产生不同体积的膨胀 | 要求材料的热膨胀系数不同 | | 压电驱动 | 加电场后材料的尺寸改变 | 要求采用高性能的压电材料 |
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执行器考虑特性
- 扭矩和力的输出能力。足够大的力矩和力
- 位移范围。直角位移或角位移
- 动态响应速度和带宽。足够快的响应
- 材料来源及加工的难易程度。减少材料的成本和加工时间，提高每一加工步骤的成品率
- 功耗和能量转换效率。
- 作为驱动偏置函数的线性位移。如果位移随输入功率或输入电压变化而线性变化，那么微执行器的控制会非常简单
- 交叉灵敏度和环境稳定性。抗温度变化、抗吸附水汽、抗机械蠕变
- 芯片占用面积。执行器所占的芯片面积
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来自《微机电系统基础》
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