[實用新型]振蕩幅度可控的石英晶體微天平衰減因子測量裝置

無效

• 申請號: 200620075035.2
• 申請日: 2006-07-07
• 公開（公告）號: CN200982958Y
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 吳崑;朱大鳴;吳兵;方佳節;杜先彬;王萍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N33/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

技術領域：

本實用新型屬于微質量測量技術領域，特別涉及振蕩幅度可控的石英晶體微天平衰減因子測量裝置，以及傳感器技術和生物芯片技術。

背景技術：

石英晶體微天平是一種靈敏度極高的質量測量裝置，能夠測量出納克量級的質量變化，可以應用于傳感器技術以及生物芯片技術領域。美國電氣和電子工程師協會2003年度傳感器會議(Sensors，2003.Proceedings?of?IEEE)論文集第一卷849-854頁介紹了一種基于鎖相環技術的可以在液體中工作的石英晶體微天平測量電路，但文中所介紹的電路中沒有幅度控制的單元電路，因此無法控制石英晶體的振蕩幅度，同時該電路無法把石英晶體從電路中斷開，因而無法測量石英晶體的衰減因子。美國斯坦福儀器公司(Stanford?Research?System)的QCM100和QCM200型石英晶體微天平測量裝置，以及美國麥克斯泰克(Maxtek)公司的RQCM和PLO-10i型石英晶體微天平測量裝置可以測量石英晶體振子的振蕩頻率和它的等效電阻，但由于其在電路上無法把石英晶體從振蕩電路電路中斷開，因而無法測量石英晶體振子的衰減因子，同時由于其電路沒有幅度控制的單元電路，因此無法控制激勵石英晶體振子信號的強度，因此也無法控制石英晶體振子的振蕩幅度。

實用新型內容

本實用新型提出一種振蕩幅度可控的石英晶體微天平衰減因子測量裝置，以克服現有石英晶體微天平衰減因子測量裝置無法控制石英晶體的振蕩幅度的缺陷，使石英晶體可以振蕩在不同幅度下，從而可以研究在不同的振蕩幅度下物質的微觀性質。

本實用新型振蕩幅度可控的石英晶體微天平衰減因子測量裝置，將壓控振蕩器輸出的正弦信號分為三路：第一路輸入鑒相器的第一個差分輸入端的正相輸入端作為相位參考信號；第二路輸入緩沖放大器得到電壓參考信號；第三路輸入一個電壓串聯反饋放大電路的正相輸入端得到激勵信號；石英晶體振子的第一電極接到電壓串聯反饋放大器的反相輸入端，第二電極接地；電壓串聯反饋放大器的反相端與輸出端間接一電容；然后電壓參考信號輸入鑒相器的第二個差分輸入端的正端，激勵信號輸入這個差分輸入端的負端，鑒相器的輸出經過低通濾波器后輸入積分器，積分器的輸出接在壓控振蕩器的電壓控制端；其特征在于：將所述壓控振蕩器輸出的正弦信號先輸入壓控放大器，再將其輸出信號分為三路輸入后面的電路；并將所述石英晶體振子的第一電極先通過線性門再接到電壓串聯反饋放大器之反相輸入端。

本實用新型裝置由鑒相器、低通濾波器、積分器、壓控振蕩器和壓控放大器組成了鎖相環反饋系統，鑒相器實時地測量激勵信號與電壓參考信號的差值和相位參考信號間的相位差，鑒相器輸出的信號經過低通濾波器后成為直流信號，這個直流信號經過積分器積分后輸入到壓控振蕩器的電壓控制端可以不斷地修正壓控振蕩器輸出的信號頻率；當壓控振蕩器輸出的信號頻率變化到與石英晶體振子的諧振頻率相同時激勵信號與電壓參考信號的差值和相位參考信號間的相位差為90°時鑒相器的輸出信號為零，于是積分器的輸出也會保持恒定，從而使壓控振蕩器輸出信號的頻率鎖定在石英晶體振子的諧振頻率上，此時裝置也就工作在石英晶體振子的諧振點上。當裝置工作在石英晶體的諧振點上后，可以通過改變壓控放大器電壓控制端的輸入電壓來控制激勵石英晶體振子的信號強度，從而控制石英晶體振子的振蕩幅度；當裝置工作在石英晶體的諧振點上后，可以在線性門的控制端上輸入關門信號，使石英晶體振子與其它電路斷開，于是石英晶體振子恢復工作在衰減振蕩的模式下，此時可以通過信號讀出電路測量到石英晶體振子的衰減振蕩信號。

由于本實用新型裝置在鎖相環反饋系統中增加了壓控放大器，從而使鎖相環反饋系統具備了控制信號強度的能力；特別是由于壓控放大器被放在了壓控振蕩器的后邊，而不是放在鎖相環反饋系統的其它環節上，使壓控放大器不會引入相位誤差，從而使本實用新型裝置既可以鎖定在石英晶體的諧振頻率上，又可以控制石英晶體的振蕩幅度。同時由于本實用新型裝置將石英晶體振子先通過一個線性門再接入振蕩電路，因此可以把處于諧振狀態的石英晶體振子從電路中斷開，從而具備了測量石英晶體的衰減因子的能力。