原创 《一砂一世界》书评(2) 距离流数的测定

《一砂一世界 一书读懂MEMS产业的现状与未来》读后感(2) 距离流数的测定

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首先非常感谢面包板社区，提供给我这次试读机会。这是我第二次发表读后感。

第一期内容为1)封印在芯片中的机械

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在最开始，推荐大家看一个最新消息：发表于 2019-11-14

https://www.eet-china.com/news/201911111632.html

MEMS的未来要靠“纸实力”？ 

MEMS 从静电梳状致动(electrostatic comb-drive)架构到薄膜压电架构，到多层氮化铝AlN，锆钛酸铅(PZT)薄膜转印到透明玻璃基板上

每年只需一次几千个传感器小批量制造的“微型晶圆厂”(minimal fab)，无需使用无尘室的环境，采用3D打印机以数十微米的分辨率印制图层

而且还可以用塑料、金属和陶瓷材料进行印刷。该报道最后说：没有人能够准确地预测微机电系统(MEMS)和传感器技术的未来。的确是这样的， MEMS至少会是一个万亿级别的大市场，基本盘太大，一家或几家企业是无法做到绝对垄断的。正如《一砂一世界 一书读懂MEMS产业的现状与未来》书中所说：MEMS是国际竞争战略的重要标志性产业。

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上期聊了点，微观世界里的尺度效应。

其实不光是从 现实世界走到微观世界有这种难以理解的效应，从现实世界走到宏观世界的这种尺度效应一样是令人难以想象的。

当尺度扩张时，体积是 3次方规律扩张；面积是2次方规律扩张；长度是1次方规律扩张。所以很快地，面积和长度的要素，比起体积来就几乎可以忽略不计了。

就拿夜空中一闪一闪的星星来说，星系的体积即星系的质量，是最主要的因素，而星系之间的距离长度要素则居于次要地位。

星系之间的距离长度不管有多少个光年那么遥远，基于体积的万有引力的作用是第一位的，是掌控着星系命运的第一提琴手。

行星的运行轨迹其实被遥远的到看不见的某个地方的一个很大的体积所决定着。这只看不见的手把控着星星的运行，这个场景真是科幻。

从星系到原子的方向看过来，规律也是一样的:  从星云到银河系，到太阳系，到行星地球，到大陆大洲，到我们人类的尺度，再到一粒沙子里。

这个方向是压缩效应；从同一块硬币的另一面，我们则能得到 扩展效应。

就像滚珠轴承里的两粒钢珠，需要额外增加支撑力才能维持他们的轨道；同样的太阳系里的地球和木星，仅靠自己的体积和太阳的体积就能维持稳定的轨道了。

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MEMS 不是 纳米机器，还属于 毫米机器/微米机器。如果有那么一天 MEMS机器尺度缩小到 纳米，是否还能测试我们这个 现实世界呢？

我没有其他证据，出于直觉上我表示严重怀疑！我认为有一种鸿沟存在，使得仅仅观察原子团的运行参数是得不出银河系的运动参数的。

MEMS 里的机器是怎样设计出来的呢？

既然宏观的经验不再是可靠的，那么只能依赖 计算机仿真了。

如果离开了计算机，没有 基于有限元分析方法的 集总原件仿真软件，MEMS 恐怕就永远不会设计出来；

离开了微电子和微机械加工技术，MEMS这种东西恐怕就永远不会加工制造出来。

在 MEMS 这种特征尺寸下，我们常见的那些平凡的传统传感器结构，突然之间具有了不可思议的超能力和新功能。

在目前研究尺度内，可以认为其基本原理仍遵从牛顿第二定律。

比如：最简单的 一把橡胶柄的锤子。抡动起来，锤头出于惯性会反作用于锤柄。如果能测量出锤子柄所受到的力，就能换算成锤头的加速度。

在锤子柄上贴一片压电晶体，发生形变时压电晶体输出电压值，测量这个电压就能折算出形变程度进而得到加速度。

这种结构就是压敏式加速度传感器。完全依赖于那块压电晶体。

有一种材料发生形变时电阻率会发生改变，用在做锤柄最合适了，测算出这个电阻值可以直接折算到加速度值。

这种结构称为压阻式加速度传感器，其敏感性完全依赖于作锤子柄的压阻器件。

不用压敏器件的情况：锤头换成一个导体板，在上端也平行固定一块导体面板，组成一个最简单的电容器。

锤头面板上下移动时，电容器面板的距离改变影响电容值，测出这个电容值也可以折算成距离，得到加速度值。

这种结构称为电容式，此时不需要特殊材料了，电路结构简单，线性度好，灵敏度高，输出稳定，温度漂移小，测量误差小，稳态响应等等优点，缺点是电容的尺寸比较大。

电容式加速度传感器，也可以有多个电容，各种放置，形成各种专利壁垒。

还有一种更加科幻的热感式，中间不用质量块，而是一个密闭空间，周围全是温度传感器，中间一个加热体。工作时加热形成热气团，热气团的惯性移动形成的热场变化被感应到从而能得到加速度值

MEMS加速度计有1轴的；2轴：X-Y两个方向；2轴在芯片里面很好布局呀，只要旋转90度放置两个就行了。

3轴:X-Y-Z三个方向。其中的Z轴不好处理，需要把 锤子的最长处，放进该锤子的最薄处，光是想想，就觉得到处都是专利。

当然轴越多，测量的方向性越好，测量的误差越小，精度越好。苹果手机采用6轴加速度传感器。最高级的MEMS加速度传感器有多达9轴的。

而我们国产的才刚刚达到3轴，我们和世界的差距还是很大的。这部分的相关内容，我们在下回详细讨论吧。

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好啦，感想2，暂时先写到这里吧 ;-)