本文關鍵詞：壓電晶體微天平驅(qū)動電路的研究

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【摘要】：基于質(zhì)量吸附效應的壓電諧振傳感式生物傳感器是集電子、機械、計算機及分子生物學等多學科發(fā)展成果于一體的新型傳感器技術,由于石英晶體諧振器理論和加工工藝成熟、諧振頻率和化學性能穩(wěn)定性好、來源廣泛價格低廉,自從1959年Sauerbrey提出石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)至今,壓電諧振傳感器一直以石英晶體為壓電材料。QCM具有原理簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、測量系統(tǒng)簡單、操作方便、成本低、可實時在線檢測、數(shù)字化輸出等特點,現(xiàn)已廣泛研究用于危險品有機化合物檢測、DNA檢測、血液成分檢測、毒素檢測等領域。在實檢測中,生物傳感器往往需要在液相環(huán)境下工作。由于液體的粘彈性性質(zhì),當壓電諧振器的電極與被測液體接觸時,會導致諧振器的機械品質(zhì)因素顯著降低,如何維持傳感器諧振系統(tǒng)的穩(wěn)定震蕩,以獲得足夠的信噪比實現(xiàn)準確測量,是壓電諧振式生物傳感器研究的重要課題。近年來,新型壓電材料的發(fā)展迅速,這其中硅酸鎵鑭(langasite)因為擁有眾多優(yōu)于石英晶體的性能而受到大家關注,而且有研究表明在液相環(huán)境下,硅酸鎵鑭晶體的Q值是石英晶體近兩倍,顯然硅酸鎵鑭晶體微天平(Langasite Crystal Microbalance,LCM)將有更好的液相工作穩(wěn)定性。這啟發(fā)我們研發(fā)一種基于新型壓電晶體材料的單片陣列式壓電諧振式生物傳感器,從而實現(xiàn)本文通過對經(jīng)典QCM平臺的研究,類比QCM的驅(qū)動電路,研制一套可以供石英和硅酸鎵鑭晶體諧振器件使用的諧振傳感器,本設計的電路基于模擬鎖相環(huán)的工作原理,能有效地補償晶體的靜態(tài)電容,消除相位誤差,晶體可以鎖定在串聯(lián)諧振狀態(tài)下,通過外接設備可以測得精確度較高的晶體諧振頻率和動態(tài)電阻.內(nèi)部振蕩電路由芯片MC12148外接變?nèi)荻䴓O管實現(xiàn),可接入很寬的頻率范圍內(nèi)的晶體進行使用。最后文章對LCM在液相中的使用情況做了一些探究,認為將該材料用于壓電晶體微天平制備具有很好應用前景。
【關鍵詞】：壓電晶體傳感器 QCM 模擬鎖相 驅(qū)動電路
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 壓電晶體微天平的概述9-10
• 1.2 QCM的基本理論10-12
• 1.3 QCM的基本組成12-14
• 1.4 國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀14-16
• 1.5 選題目的與課題組研究基礎16-18
• 第二章 壓電晶體諧振器的模型與總體方案選擇18-23
• 2.1 石英晶體的Butterworth-van Dyke等效電路模型18-20
• 2.2 QCM驅(qū)動電路的介紹20-23
• 第三章 壓電晶體傳感器的研制23-37
• 3.1 壓電晶體諧振器制備23-25
• 3.2 驅(qū)動電路的基本原理25-28
• 3.3 電路搭建28-34
• 3.3.1 靜態(tài)電容的補償28-29
• 3.3.2 整流鑒相29-30
• 3.3.3 掃描電壓發(fā)生器30
• 3.3.4 壓控振蕩模塊30-32
• 3.3.5 鎖定檢測模塊32-33
• 3.3.6 動態(tài)電阻R的測量33
• 3.3.7 電源設計33-34
• 3.4 鎖相驅(qū)動電路誤差分析34-35
• 3.5 布板中抗干擾措施35-37
• 第四章 系統(tǒng)測試分析與頻率采集系統(tǒng)的建立37-43
• 4.1 測試準備37
• 4.2 晶體串聯(lián)諧振頻率與動態(tài)電阻的測量37-38
• 4.3 液相檢測38-41
• 4.4 基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)41-43
• 第五章 總結與展望43-45
• 5.1 總結43
• 5.2 展望43-45
• 參考文獻45-50
• 發(fā)表論文和科研情況說明50-51
• 致謝51-52

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