石英晶体微天平振荡电路的设计及其耗散因子D的测量与分析

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石英晶体微天平(QCM)是一种对其表面微小质量变化敏感的传感器。自1959年起,基于Sauerbrey方程,QCM被用于气相检测,到1982年由日本的Nomura等人研究证明,QCM技术也可用于液相检测,并证明其在电化学和生物传感等领域应用的可能性,并利用这一技术实现了对液体中生物分子进行无标记实时检测。附带测量耗散因子D的QCM,即QCM-D,更能通过检测薄膜粘弹性从而得到更全面的信息。如今QCM-D已成为生物传感领域的研究热点。  本论文的研究工作是国家自然科学基金项目的一部分。  本论文围绕着石英晶体微天平的研制,主要内容如下:  1、对处于液相环境下石英晶体微天平的振动理论模型进行分析,并对谐振频率f和耗散因子D进行了公式推演。  2、设计了可在液相环境中,处于3次泛音状态下工作的振荡电路,用以测量谐振频率和耗散因子,解决了液相环境中的阻抗过大和并联电容的影响。  3、设计了以FPGA芯片作为主控核心,控制ADS826芯片的硬软件数据采集系统,给出了D因子采集的算法。完成了对谐振频率和耗散因子两个关键量的采集。  4、设计了上位机串口设置界面,给出D因子上位机测试结果和石英晶体衰减振荡的拟合波形图。
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