石英晶體微天平傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001]
[0002] 本實(shí)用新型設(shè)及石英晶體微天平傳感器?？蒞被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防、生 物量檢測(cè)、化學(xué)量檢測(cè)和物理量檢測(cè)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，傳感器技術(shù)發(fā)展迅猛，己成為衡量科技發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之 一，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)一起構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的=大支柱。在傳感器技術(shù)被廣泛應(yīng)用 的檢測(cè)領(lǐng)域，微量檢測(cè)已成為當(dāng)前檢測(cè)領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)，隨著待檢測(cè)物質(zhì)量級(jí)的減小， 對(duì)檢測(cè)儀器精度的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的度量衡顯然已無(wú)法滿足高精度的檢測(cè)需要。石 英晶體微天平（quartzcrystalmicrobalance，QCM)是一種對(duì)界面變化敏感的傳感器， 它對(duì)界面質(zhì)量變化的敏感程度達(dá)納克級(jí)，因此它已經(jīng)在物理、化學(xué)、生物學(xué)、藥物學(xué)、臨床醫(yī) 學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的界面問(wèn)題研究中得到了一定的應(yīng)用，成為科研工作者廣泛關(guān)注和重 視的新型傳感和測(cè)量方法。用W進(jìn)行微量物質(zhì)檢測(cè)。QCM傳感器作為一種高靈敏度、高穩(wěn)定 度、響應(yīng)快、價(jià)格低的傳感器件已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得W應(yīng)用。然而，QCM在應(yīng)用中面臨的最大 問(wèn)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W降低溫度的敏 感性，但其性能仍然不能滿足高精度測(cè)量的要求。另一個(gè)問(wèn)題就是在溶液環(huán)境中，QCM頻 率響應(yīng)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(shí)與周圍溶液的作用密不 可分。簡(jiǎn)單地說(shuō)，同晶片一起振動(dòng)的物質(zhì)的質(zhì)量增加會(huì)引起頻率的下降，但是振動(dòng)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(fù)雜性造成了迄今為止液相 QCM的應(yīng)用僅僅限于學(xué)術(shù)研究而非商業(yè)（工業(yè)）應(yīng)用的現(xiàn)狀。
[0004] 近幾年來(lái)，關(guān)于QCM傳感器在液相、氣相及生物化學(xué)試驗(yàn)的研究成果也顯著增 多，但從事儀器研究的報(bào)道極少，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有定型的儀器上市，該方面的技術(shù)還處于研究 階段，較國(guó)外落后很多。
[000引 目前，QCM在檢測(cè)中的應(yīng)用主要分為在氣相中的應(yīng)用和在液相中的應(yīng)用，其測(cè)量機(jī) 理主要是；由于石英晶體的諧振特性會(huì)隨著其表面物質(zhì)的質(zhì)量變化而變化，因此，通過(guò)檢測(cè) 其諧振特性的變化就可W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(xué) W及生物反應(yīng)所導(dǎo)致的。在生化檢測(cè)中，為了完成對(duì)被檢測(cè)物的檢測(cè)，通常在晶體的電極表 面鍛上能與被檢測(cè)物反應(yīng)的敏感膜，由此，生化反應(yīng)的情況就可W通過(guò)分析晶體諧振特性 的變化而得到。
[0006] 現(xiàn)有QCM應(yīng)用中，大多采用單晶體傳感器結(jié)構(gòu)，因此，不能解決上述問(wèn)題。另一方 面，在生物、化學(xué)等檢測(cè)領(lǐng)域中，通常通過(guò)在晶體表面覆蓋能夠與被檢測(cè)物發(fā)生反應(yīng)或能夠 吸收被檢測(cè)物的物質(zhì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，而采用單晶體傳感器結(jié)構(gòu)一次只能覆蓋一種反應(yīng)物質(zhì)， 因此不能全面、準(zhǔn)確地描述被檢測(cè)物質(zhì)。
[0007] 目前，現(xiàn)有的QCM都是采用單晶體作為傳感器，通過(guò)在其上鍛金引出電極。為了測(cè) 量晶體的諧振特性，常用的方法有=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?yàn)樗哂袃r(jià)格低、集成度高、分辨率高和反應(yīng)快的特點(diǎn)；而阻抗 分析法可w提供更完全的信息，但通常局限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，因?yàn)榈透褫^高，并且體積較大。 而脈沖激勵(lì)的衰減分析法具有不受電路影響的特點(diǎn)，具有較高的精度。
[0008] 近幾年，隨著對(duì)檢測(cè)精度要求的提高，為了克服電極表面粗趟度、多孔性、液體壓 力和溫度、溶液粘度和密度和液體電導(dǎo)等因素對(duì)測(cè)量精度的影響，出現(xiàn)了通過(guò)提高振蕩頻 率W提高測(cè)量精度的諧波測(cè)量法、通過(guò)多通道對(duì)比測(cè)量的多晶體測(cè)量法等。多通道構(gòu)成主 要有兩種方法，即在單晶體上構(gòu)造多個(gè)測(cè)量能道和多晶體構(gòu)成傳感器陣列?；趩尉w構(gòu) 造多通道使加工工藝復(fù)雜，且多通道之間相互影響；因此，多晶體構(gòu)造傳感器陣列的方法， 除可W有效克服環(huán)境因素的影響外，還可W通過(guò)在不同晶體表面鍛不同的敏感膜完成對(duì)被 分析物的多角度測(cè)量或?qū)δ澄镔|(zhì)所含各種成份的一次性檢出與測(cè)量，因此，具有更強(qiáng)的實(shí) 用性和更高的研究?jī)r(jià)值。是未來(lái)QCM發(fā)展的主要趨勢(shì)。而該項(xiàng)研究剛剛起步，相關(guān)文獻(xiàn)還 較少。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述不足而提供一種結(jié)構(gòu)合理，滿足液相檢測(cè)的石英晶 體微天平傳感器。W深化QCM的應(yīng)用，并為生化及相關(guān)領(lǐng)域提供更高性能的檢測(cè)手段和方 法。具體解決了QCM傳感器在液相環(huán)境下液體壓力和溫度、溶液粘度和密度和液體電導(dǎo)等 因素對(duì)測(cè)量精度的影響。
[0010] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：石英晶體微天平傳感器，包括殼體，殼體內(nèi)有夾在 兩片電極中間的石英晶體振蕩片，其特征在于：殼體為對(duì)接的上、下殼體，下殼體中部有作 為溶液池的凹槽，在凹槽側(cè)壁有密封圈，石英晶體振蕩片固定在密封圈上部，下殼體上表面 有平行的電路引出槽，兩電路引出槽之間橫向貫通有的石英晶體振蕩片與電路部分的轉(zhuǎn)接 槽。四個(gè)石英晶體微天平傳感器陣列。
[0011] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是；1、由于能陷效應(yīng)的存在，QCM元件的振動(dòng)主要集中在電極 區(qū)，因此該種裝卡方式可保證QCM元件在安裝后仍有較高的Q值。2、基于石英晶體微天平 (QQO傳感器陣列的、低功耗、高精度、可用于氣相和液相環(huán)境下，能對(duì)物質(zhì)微質(zhì)量、氣體、液 體中各種化學(xué)成份的含量進(jìn)行測(cè)量；也能對(duì)各種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程W及生物過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的多 功能傳感器系統(tǒng)。通過(guò)更換本系統(tǒng)各傳感器表面的敏感膜及相應(yīng)分析算法，本系統(tǒng)就可W 被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防、生物量檢測(cè)、化學(xué)量檢測(cè)和物理量檢測(cè)等領(lǐng)域。
[0012] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本實(shí)用新型中下殼體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0014] 圖2是本實(shí)用新型中上殼體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0015] 圖3是傳感器系統(tǒng)框圖。
[0016] 圖4是阻抗分析原理。
[0017] 圖5是衰減分析法原理。
[0018] 圖6是傳感器系統(tǒng)總體具體框圖。
[0019] 圖7是多傳感器數(shù)據(jù)融合算法流程。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 參見(jiàn)圖1 - 2,零部件名稱如下；上、下殼體1、2,凹槽3,引出槽4,轉(zhuǎn)接槽5,密封 圈槽6，石英晶體振蕩片槽7,連接螺絲孔8。
[0021] 參見(jiàn)圖1 - 2,石英晶體微天平傳感器，包括殼體，殼體內(nèi)有夾在兩片電極中間的 石英晶體振蕩片，殼體為對(duì)接的上、下殼體1、2,下殼體2中部有作為溶液池的凹槽3 (樣品 槽），在凹槽3側(cè)壁有密封圈、密封圈槽6,石英晶體振蕩片固定在密封圈上部，下