[實用新型]多通道石英晶體微天平陣列

有效

• 申請號: 201320559390.7
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN203455249U
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 李磊;徐甲強;柴小衛;孫鵬;王曉華;蔡玉寶;陳云鵬;張飛飛;解瑩瑩;孫蘭軒;郭彩萍
• 申請（專利權）人: 河南圣瑪斯光電科技有限公司
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00;G08C17/02
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張春;李想

技術領域

本實用新型涉及一種有害氣體測量裝置，具體地說是涉及一種多通道石英晶體微天平陣列。

背景技術

近年來，隨著科學技術的發展和人民生活水平的提高，大量新型建筑和裝飾材料、日用化學品進入住宅和公共建筑物，加之現代建筑物的密閉化，造成室內空氣污染問題日益突出，引起眼及鼻腔粘膜刺激、過敏性皮炎、哮喘、癌癥、白血病等疾病，危害人體健康，日益受到社會各界關注。因此，研究檢測室內空氣質量的測量系統，為人們提供一個健康、安全的生活環境，有重要意義。

然而，單個的氣敏傳感器功能十分有限，目前還沒有發現只對某種氣體單一敏感的傳感器材料。單個傳感器對不同氣體敏感響應可能會有變化，但它不具備自動識別氣體種類和數量的能力，所以可以通過采用多個傳感器構成陣列來解決上述問題，同時輸入更多的信號進行判斷識別。

目前，氣敏傳感器按照工作原理可以將其分為：金屬氧化物半導體傳感器，導電性氣敏傳感器，壓電類氣敏傳感器和光纖類氣敏傳感器。基于質量效應的石英晶體微天平（QCM）氣體傳感器，以其自身靈敏度高和選擇性好等等優點在許多微量氣體檢測中得到了廣泛應用。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種多通道石英晶體微天平陣列，解決了單一氣敏傳感器不具備自動識別氣體種類和數量的問題。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種多通道石英晶體微天平陣列，它包括QCM氣敏傳感器陣列，陣列中的每一個氣敏傳感器連接各自的QCM振蕩電路；所述陣列中的氣敏傳感器為彼此之間對不同氣體敏感的氣敏傳感器。

所述的QCM氣敏傳感器為32陣列。

所述的QCM振蕩電路包括由兩個反相器串聯構成的放大電路；放大電路的輸出端通過諧振電路連接放大電路的輸入端，由此構成反饋振蕩電路。

所述的諧振電路由晶體以及分別與晶體并聯設置的兩個電容構成，且兩個電容接地。

采用上述技術方案的本實用新型，通過石英晶體微天平陣列測量室內有害氣體的種類和濃度，解決了單一氣敏傳感器不具備自動識別氣體種類和數量的問題。同時，通過以太網遠程傳輸測量數據到上位機，并將數據在上位機處理、存儲、顯示、控制，解決了需要人現場長時間測量的問題，保證了人身安全。本實用新型只用到了一塊FPGA芯片和一個百兆以太網芯片，和其他嵌入式系統相比，降低了成本，提高了傳輸速度，有助于實時處理。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理框圖。

圖2是本實用新型QCM氣敏傳感器陣列中的QCM振蕩電路原理圖。

圖3是本實用新型的硬件系統圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種多通道石英晶體微天平陣列，它包括QCM氣敏傳感器陣列，陣列中的每一個氣敏傳感器連接各自的QCM振蕩電路。

QCM氣敏傳感器采用32陣列，陣列中的氣敏傳感器為彼此之間對不同氣體敏感的氣敏傳感器，其中對不同氣體敏感的氣敏傳感器為現有技術。32個石英晶體微天平QCM陣列，將采集到的氣體濃度信息轉化為頻率信息，其中利用了德國科學家Sauerbrey推導出的石英晶體的諧振頻率和晶體電極表面質量負載變化之間的關系式：

。

如圖2所示，QCM振蕩電路包括由兩個反相器串聯構成的放大電路；放大電路的輸出端通過諧振電路連接放大電路的輸入端，由此構成反饋振蕩電路。具體地說，電阻R1接在反相器的兩端，將反相器偏置在線性放大區，構成放大器，同時R1還具有負反饋作用，可以減少溫度變化引起的工作點變化。電容C1、C2通過接地形成串聯電容然后與晶體并聯構成諧振電路，該諧振電路同時形成了π型選頻網絡反饋通道，放大電路輸出端信號通過該諧振電路返回到放大電路的輸入端，形成反饋振蕩。利用32個相同的QCM振蕩電路構成QCM陣列，并且在實際電路中增加了參比電路，從而進一步提高了測量頻率的準確度。

如圖1、圖3所示，一種基于多通道石英晶體微天平陣列的測量系統，其特征在于，它包括多通道石英晶體微天平陣列、FPGA模塊、EPCS模塊、SDRAM模塊、百兆以太網模塊、以太網接口、上位機等。

多通道石英晶體微天平陣列，它將氣體濃度變化轉化為頻率變化，輸出若干通道的頻率信號。