[實用新型]基于QCM傳感器陣列的低功耗多功能傳感器系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520459542.5
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN204988925U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 陳海霞
• 申請（專利權）人: 通化師范學院
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 通化旺維專利商標事務所有限公司 22205
• 代理人: 王偉

技術領域

本實用新型涉及基于QCM傳感器陣列的低功耗多功能傳感器系統(tǒng)。可以被廣泛地應用于環(huán)境監(jiān)測、安防、生物量檢測、化學量檢測和物理量檢測等領域。

背景技術

在現(xiàn)有技術中，傳感器技術發(fā)展迅猛,己成為衡量科技發(fā)展水平的重要標準之一，它與通信技術、計算機技術一起構成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。在傳感器技術被廣泛應用的檢測領域,微量檢測已成為當前檢測領域中的研究重點，隨著待檢測物質(zhì)量級的減小,對檢測儀器精度的要求也越來越高，傳統(tǒng)的度量衡顯然已無法滿足高精度的檢測需要。石英晶體微天平(quartzcrystalmicrobalance,QCM)是一種對界面變化敏感的傳感器,它對界面質(zhì)量變化的敏感程度達納克級，因此它已經(jīng)在物理、化學、生物學、藥物學、臨床醫(yī)學、環(huán)境科學等學科的界面問題研究中得到了一定的應用，成為科研工作者廣泛關注和重視的新型傳感和測量方法。用以進行微量物質(zhì)檢測。QCM傳感器作為一種高靈敏度、高穩(wěn)定度、響應快、價格低的傳感器件已經(jīng)在眾多領域得以應用。然而,QCM在應用中面臨的最大問題之一就是受環(huán)境影響較大，尤其是溫度，雖然采用AT-切割的晶體可以降低溫度的敏感性，但其性能仍然不能滿足高精度測量的要求。另一個問題就是在溶液環(huán)境中,QCM頻率響應不僅依賴于表面與分析物相互作用引起的質(zhì)量變化,同時與周圍溶液的作用密不可分。簡單地說，同晶片一起振動的物質(zhì)的質(zhì)量增加會引起頻率的下降,但是振動物質(zhì)的黏彈性變大則表現(xiàn)為頻率的上升，因此QCM數(shù)據(jù)定量分析的復雜性造成了迄今為止液相QCM的應用僅僅限于學術研究而非商業(yè)(工業(yè))應用的現(xiàn)狀。

近幾年來,關于QCM傳感器在液相、氣相及生物化學試驗的研究成果也顯著增多,但從事儀器研究的報道極少，國內(nèi)尚沒有定型的儀器上市,這方面的技術還處于研究階段,較國外落后很多。

目前，QCM在檢測中的應用主要分為在氣相中的應用和在液相中的應用，其測量機理主要是：由于石英晶體的諧振特性會隨著其表面物質(zhì)的質(zhì)量變化而變化，因此，通過檢測其諧振特性的變化就可以分析出表面質(zhì)量的變化情況。而質(zhì)量的變化可能是由物理、化學以及生物反應所導致的。在生化檢測中，為了完成對被檢測物的檢測，通常在晶體的電極表面鍍上能與被檢測物反應的敏感膜，由此，生化反應的情況就可以通過分析晶體諧振特性的變化而得到。

現(xiàn)有QCM應用中，大多采用單晶體傳感器結構，因此，不能解決上述問題。另一方面，在生物、化學等檢測領域中，通常通過在晶體表面覆蓋能夠與被檢測物發(fā)生反應或能夠吸收被檢測物的物質(zhì)來進行檢測，而采用單晶體傳感器結構一次只能覆蓋一種反應物質(zhì)，因此不能全面、準確地描述被檢測物質(zhì)。

目前，現(xiàn)有的QCM都是采用單晶體作為傳感器，通過在其上鍍金引出電極。為了測量晶體的諧振特性，常用的方法有三種，即振蕩電路法、阻抗分析法和衰減分析法。振蕩電路法是普遍采用的方法，因為它具有價格低、集成度高、分辨率高和反應快的特點；而阻抗分析法可以提供更完全的信息，但通常局限于實驗室環(huán)境，因為低格較高，并且體積較大。而脈沖激勵的衰減分析法具有不受電路影響的特點，具有較高的精度。

近幾年，隨著對檢測精度要求的提高，為了克服電極表面粗糙度、多孔性、液體壓力和溫度、溶液粘度和密度和液體電導等因素對測量精度的影響，出現(xiàn)了通過提高振蕩頻率以提高測量精度的諧波測量法、通過多通道對比測量的多晶體測量法等。多通道構成主要有兩種方法，即在單晶體上構造多個測量能道和多晶體構成傳感器陣列。基于單晶體構造多通道使加工工藝復雜，且多通道之間相互影響；因此，多晶體構造傳感器陣列的方法，除可以有效克服環(huán)境因素的影響外，還可以通過在不同晶體表面鍍不同的敏感膜完成對被分析物的多角度測量或?qū)δ澄镔|(zhì)所含各種成份的一次性檢出與測量，因此，具有更強的實用性和更高的研究價值。是未來QCM發(fā)展的主要趨勢。而這項研究剛剛起步，相關文獻還較少。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是針對上述不足而提供一種結構合理，能全面、準確地描述被檢測物質(zhì)，滿足液相檢測的基于QCM傳感器陣列的低功耗多功能傳感器系統(tǒng)，以深化QCM的應用，并為生化及相關領域提供更高性能的檢測手段和方法。有效克服液相環(huán)境因素的影響外，還可以通過在不同晶體表面鍍不同的敏感膜完成對被分析物的多角度測量或?qū)δ澄镔|(zhì)所含各種成份的一次性檢出與測量。

本實用新型的技術解決方案是：基于QCM傳感器陣列的低功耗多功能傳感器系統(tǒng)，由QCM傳感器陣列、傳感器接口電路、多傳感器信息采集與數(shù)據(jù)融合處理電路以及結果顯示與傳輸電路四部分構成。