石英晶體微天平的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用介紹

更新時(shí)間：2020-05-27

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　　石英晶體微天平是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測(cè)儀器，其測(cè)量精度可達(dá)納克級(jí)，比靈敏度在微克級(jí)的天平高100倍，理論上可以測(cè)到的質(zhì)量變化相當(dāng)于單分子層或原子層的幾分之一。利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)等其他輔助設(shè)備獲得高精度的數(shù)據(jù)。

　　石英晶體微天平的結(jié)構(gòu)：

　　QCM主要由石英諧振器（探頭）、振蕩器、信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理等部分組成。其中石英諧振器是傳感器的接受器和轉(zhuǎn)換器，由AT切石英晶體片經(jīng)真空沉積或蒸鍍等方式在晶片上下表面修飾兩個(gè)平行的金屬電極構(gòu)成的一種諧振式傳感器。

　　由于石英晶體微天平稱量靈敏度是一條鐘罩形的曲線，這給準(zhǔn)確地進(jìn)行稱量帶來(lái)了困難。所以，樣品必須均勻地涂布在電極表面，才能獲得重復(fù)性、再現(xiàn)性好的測(cè)量結(jié)果。要得到均勻涂布的樣品，制樣方法以真空鍍膜更好，其次是噴霧和電鍍。其它方法都難以達(dá)到均勻的目的。

　　為提高選擇接受功能，常在電極表面修飾具有特異選擇識(shí)別功能的模材料。應(yīng)用時(shí)根據(jù)具體研究體系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和組合方式。

　　能否有效的驅(qū)動(dòng)石英諧振器在諧振頻率下振蕩，獲得穩(wěn)定的頻率信號(hào)，關(guān)鍵在振蕩器的性能。

　　能夠測(cè)量微小質(zhì)量的變化，其廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、蛋白質(zhì)、氣體等的吸附檢測(cè)。本電路設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，利用石英晶振片的特性，振蕩器的起振、穩(wěn)定振蕩原理，以及自動(dòng)增益控制等方法，構(gòu)造穩(wěn)定的振蕩電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)石英晶片頻率變化的直接測(cè)量，進(jìn)而推斷出相應(yīng)的質(zhì)量變化。使用LCD顯示模塊，實(shí)時(shí)顯示頻率、質(zhì)量等的測(cè)量值，并擴(kuò)展RS232接口，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。