[實用新型]一種石英晶體微天平痕量氨氣檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220085010.6
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN202631382U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭守國;李淼;張浩東;胡澤林;曾新華;朱澤德;翁士狀;尤聚軍;高會議;何綿濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 奚華保

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種氣體濃度的檢測裝置，具體地說是一種應(yīng)用石英晶體微天平檢測氨氣的裝置。

背景技術(shù)

在畜禽生產(chǎn)當中，畜禽生長環(huán)境中NH₃的含量檢測極為重要，首先NH₃是一種刺激性氣體，大量排放的NH₃對大氣環(huán)境形成污染，對工作人員造成身體危害。其次，NH₃直接影響動物的生長與健康情況，影響畜牧業(yè)的產(chǎn)出。

石英晶體微天平（QCM）是一種基于石英晶體的壓電效應(yīng)對其電極表面質(zhì)量變化進行測量的傳感器件。當給石英晶體一個電場時，在晶體某些方向則會出現(xiàn)相應(yīng)的應(yīng)變，這種應(yīng)變與電場強度成線性關(guān)系。如果該電場是交變電場，則在晶格內(nèi)會引起一定頻率的機械震蕩，當震蕩的頻率(即晶體的固有頻率)與震蕩電路的頻率一致時，便會產(chǎn)生諧振，其諧振頻率為

其中：為晶體的壓電強化剪切模量，為晶體的密度，A為有效壓電面積，為晶體質(zhì)量變化量。當晶體處于諧振狀態(tài)時，振蕩最穩(wěn)定，石英晶體微天平（QCM）就是根據(jù)此原理設(shè)計出來的。由于其具有特異性好、靈敏度高、成本低與操作簡單等優(yōu)點，可以檢測到低至納克的痕量物質(zhì)質(zhì)量的變化，因此被廣泛應(yīng)用于可吸附的微量物質(zhì)檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種靈敏度較高、成本低、便于操作、選擇性好的應(yīng)用石英晶體微天平（QCM）檢測氨氣的傳感器裝置。

本實用新型的石英晶體微天平痕量氨氣檢測裝置，包括敏感QCM傳感器和參比QCM傳感器，兩者分別連接在晶體振蕩電路A和晶體振蕩電路B中，所述晶體振蕩電路A和晶體振蕩電路B的信號輸出端分別連接測頻電路A和測頻電路B；并經(jīng)差頻電路和數(shù)據(jù)采集卡與內(nèi)置Labview數(shù)據(jù)采集處理程序的PC機連接；

所述敏感QCM傳感器為電極表面涂覆有聚苯胺薄膜的晶振。

所述參比QCM傳感器為AT切型的6MHz晶振。

所述晶體振蕩電路為并聯(lián)型諧振電路，所述晶振工作于串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間，并且與外接的電容CA₁、CA₂構(gòu)成了LG三點式振蕩器。

所述晶體振蕩電路的反相器為74HC04。

所述測頻電路采用單片機進行頻率測量并且利用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD進行分頻。

所述差頻電路為主要由D觸發(fā)器構(gòu)成的簡易差頻電路，所述敏感QCM傳感器的輸出信號和參比QCM傳感器的輸出信號分別輸入D觸發(fā)器的D端和觸發(fā)端Vck。

所述數(shù)據(jù)采集卡為PCI-1714。

本實用新型的石英晶體微天平痕量氨氣檢測裝置與現(xiàn)有裝置相比具有以下優(yōu)點：靈敏度高，設(shè)計了單片機與CPLD相結(jié)合的測頻電路方式，提高了頻率測量的精度與范圍；受環(huán)境因素影響小，參比QCM的引入消除了環(huán)境溫度、濕度等因素對檢測結(jié)果的影響；選擇性好，制作聚苯胺薄膜對氨氣具有單一的吸收性，不易受其它氣體干擾。

附圖說明

圖1為本實用新型的氨氣檢測裝置系統(tǒng)框圖；

圖2為驅(qū)動QCM振蕩電路圖；

圖3為測頻電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為敏感QCM與參比QCM的差頻電路圖；

圖5為上位機軟件總體程序結(jié)構(gòu)圖；

圖6為氨氣濃度檢測曲線圖；

圖7為氨氣檢測結(jié)果線性關(guān)系圖。

具體實施方式