石英晶體微天平驅(qū)動電路設(shè)計.pdf

1、石英晶體微天平(QCM)是利用石英晶體的壓電效應(yīng)，將吸附在石英晶體電極表面的吸附物質(zhì)量、液體粘稠度變化轉(zhuǎn)化為可測量的頻率信號的精密檢測儀器。石英晶體具有較高的頻率，且在其表面附著輕微物質(zhì)質(zhì)量時，就能夠引起頻率的變化。因此它可以檢測出極微小的質(zhì)量變化，檢測靈敏度從微克到納克級?；谑⒕w的這一特性，石英晶體微天平可以廣泛應(yīng)用于生物分子的相互作用、蛋白質(zhì)等大分子材料的表面吸附、病菌檢測、電化學(xué)以及空氣衛(wèi)生質(zhì)量檢測等眾多領(lǐng)域。
　　

2、 本文首先詳細(xì)介紹了QCM的研究意義及背景知識、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了諧振電路振蕩原理、QCM工作原理，并通過建立力學(xué)模型，推導(dǎo)出QCM頻率變化的理論公式，為硬件電路構(gòu)造、軟件程序編寫和實(shí)驗(yàn)平臺準(zhǔn)備打下理論基礎(chǔ)。
　　 本課題的主要目的是研制QCM傳感器的驅(qū)動電路。根據(jù)石英晶體的基本振蕩原理，使用自動增益控制電路(AGC)，很好的改善了諧振電路的起振條件，實(shí)現(xiàn)電路振蕩的持續(xù)穩(wěn)定。同時對電路進(jìn)行電容補(bǔ)償，保證電路能夠在高阻抗的

3、條件下，也能夠正常工作，同時消除了并聯(lián)電容對頻率相位移動的影響，確保晶體的穩(wěn)定振蕩。設(shè)計了帶通濾波電路，去除振蕩過程中的一些雜波，并將所得頻率限制在一定范圍內(nèi)，保證了單片機(jī)讀取到最準(zhǔn)確的晶體頻率。通過軌至軌運(yùn)算放大芯片，將頻率信號固定在一定的區(qū)間內(nèi)，確保單片機(jī)(STC12C5A60S2)能夠讀取到有效的輸出頻率信號。進(jìn)而，使用頻率計數(shù)器對所讀取的頻率進(jìn)行計數(shù)，并通過LCD12232進(jìn)行顯示。最后，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所搭建電路的穩(wěn)定性，以及參照