【摘 要】
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石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)和传统的实验测量仪器相比,有很多优越性,主要体现在:构成QCM传感器系统的核心部件是一块石英晶体,石英晶体的化学性质不活泼,稳定性好,故QCM可应用在很多场合下,大大提高了测量的应用范围。其次,QCM的结构相对简单,操作起来方便,简化了相关人员的使用难度。本文的主要内容如下:1、本文首先介绍了QCM的基本结构,对石英晶
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石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)和传统的实验测量仪器相比,有很多优越性,主要体现在:构成QCM传感器系统的核心部件是一块石英晶体,石英晶体的化学性质不活泼,稳定性好,故QCM可应用在很多场合下,大大提高了测量的应用范围。其次,QCM的结构相对简单,操作起来方便,简化了相关人员的使用难度。本文的主要内容如下:1、本文首先介绍了QCM的基本结构,对石英晶体的基本性质进行了介绍。QCM的基本工作原理就是基于石英晶体的压电效应,在此基础上推导了Sauerbrey方程并分析了QCM谐振器的BVD等效电路。2、对QCM的质量灵敏度检测机理进行了分析,解答了为什么QCM具有很高的测量精度。接着对QCM在电极区、部分电极区以及非电极的振动进行了分析,并给出了QCM质量灵敏度分布计算公式。随后阐述了能陷现象,在QCM的设计过程中要平衡好能陷效应和精确度之间的关系。3、对典型圆形电极结构的QCM进行了计算与仿真,在径向上质量灵敏度沿着电极中心向两边衰减,呈高斯分布,其质量灵敏的最大值在电极中心取得。随后分析计算了电极的直径及厚度来对QCM质量灵敏度的最大值的影响,接着通过实验进行验证分析。通过理论分析和实验发现电极厚度对QCM的质量灵敏度和最大质量灵敏度有显著影响。厚电极QCM比薄电极QCM具有更高的质量灵敏度。在直径上,QCM具有最大的质量灵敏度,不同电极厚度对应的直径值不同,揭示了电极厚度及直径对QCM灵敏度的影响
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