影响石英晶体微天平频率变化因素的分析

由QCM技术与电化学技术联用,构成的电化学石英晶体微天平(EQCM)技术是一种有效的研究电极表面过程极其灵敏的新方法,在电化学反应机理、电聚合、表面电化学等领域的研究中,有其独到之处,具有很好的应用前景.但在我国,对QCM理论了解的人们不多,并且影响液相中石英晶体振荡频率变化的因素比较复杂,其实际应用的效果并不理想.本文详细分析了影响石英晶体微天平频率变化的因素.     

SBA-15纳米薄膜对QCM湿度传感器的性能影响

孔道表面具有丰富Si-OH的有序介孔氧化硅材料SBA-15薄膜修饰QCM可大幅度提升湿度传感器的灵敏度、响应速度及检测限。本文建立了基于SBA-15的QCM湿度传感器的三维有限元精确仿真模型,分析了纳米湿敏薄膜在电极上的分布状况对传感器的电学性能参数的影响,研究结果对于纳米湿敏薄膜的成膜工艺及新型QCM湿度传感器的优化设计与制造提供了重要的理论参考依据。     

基于ARM的食品过敏原快速测试仪设计

设计了一种基于石英晶体微天平的便携式食品过敏原快速测试仪,其工作原理是抗体抗原电化学反应过程中,反应物积淀到电极而引起石英晶体振荡频率的改变,通过测量石英晶振的频移,并利用一定的数学模型实现半定量测定过敏原。该系统主要由独特的高频信号发生器、QCM传感器和信号采集处理器等部分组成,借助嵌入式计算机强大的数字信号处理功能,实现了在线实时快速测量,且具有较高的测量精度。此外,如换用其他生物传感器和相应的分析软件,也可用于有害气体、水质等的微检测。     

无极QCM传感器样品池的结构设计与仿真

设计出了无极QCM 的样品池结构,以能限理论为基础,通过分析影响石英晶体谐振频率和谐振效果的结构参数,利用ANSYS 仿真软件对样品池结构参数进行有限元仿真分析,得出了优化的样品池结构参数.     

C6mimCl/QCM传感器对有机酸性气体的监测

采用离子液体氯化1-己基-3-甲基咪唑(C6mimCl)作为石英晶体微天平(QCM)的涂敷材料制成C6mimCl/QCM传感器,对以甲酸和乙酸为代表的有机酸性气体进行监测.研究结果表明,C6mimCl/QCM传感器对甲酸和乙酸气体均具有响应速率快、灵敏度高和重现性好等特点,该传感器的频率响应信号与被测有机酸性气体浓度呈良好的线性关系,可用于污染物浓度不断升高的博物馆环境的实时在线监测.     

基于ANSYS的新型聚合物石英压电传感器振动性能分析

新型聚合物石英压电传感器制备过程中,AT切型石英压电传感器基体的表面粗糙度及其基膜界面化学性质影响聚合物薄膜的生长,导致聚合物薄膜厚度不均匀、表面存在缺陷,使得传感器采集的频率信号不稳定.本文建立了新型聚合物石英压电传感器在考虑薄膜厚度不均、中心缺陷条件下的力学模型,利用ANSYS有限元软件对其进行模态分析,得到复杂条件下传感器振动特性.模态分析结果发现,传感器固有频率值随聚合物薄膜缺陷的半径值增大呈现出从稳定到发散的趋势、随薄膜的厚度值增大呈现出线性增大的趋势.研究结果表明,新型聚合物石英压电传感器的生产应确保薄膜厚度均匀且严格控制中心缺陷半径小于0.5 mm,该结果为制备稳定的新型聚合物石英压电传感器提供了重要依据.     

压电晶体传感器驱动电路的研究

在压电晶体传感器中,石英晶体微天平(QCM)因其实时、快速和高敏感度高等优点已经获得了广泛应用.本文给出一套压电晶体传感器驱动电路,该电路基于模拟锁相环的工作原理,能有效地补偿晶体的静态电容,消除相位误差,晶体可以锁定在串联谐振状态下,通过外接设备可以测得精确度较高的晶体谐振频率和动态电阻.内部振荡电路由芯片MC12148外接变容二极管实现,可接入很宽的频率范围内的晶体进行使用.     

液隔电极式压电传感器研究阳离子表面活性剂在石英表面的吸附

在液隔电极式压电传感器(ESPS)的构造中,石英表面与溶液直接接触,而石英表面在pH>2溶液的溶液中带负电荷,因此可以吸附阳离子型表面活性剂分子.本文以ESPS方法实时监测表面活性剂十六烷基二苯基溴化铵在石英晶体表面的吸附过程.本方法原理为ESPS的振荡频率随表面活性剂吸附质量的增加线性的下降.本文还讨论了石英晶体的表面粗糙度、离子强度及对pH对吸附密度的影响.     

基于压电石英晶片扭转效应的扭矩传感器原理与研制

发明了一种基于压电石英晶片扭转效应的扭矩传感器,介绍了其理论基础、扭转束缚电荷密度分布规律与电极的粘贴方法,以及扭矩传感器性能标定.该传感器同其他石英扭矩传感器相比,突出特点是采用石英晶片的扭转效应而不是通常采用的剪切效应来建构的.整个扭矩晶组仅由3片普通Y0°切型的石英晶片组成,采用分割电极法布置检测电极,晶组的组成方式能够减小或避免径向力和轴向力的横向干扰,同时又能提高传感器的灵敏度.经标定该传感器的技术指标全面达到CIRP-STCC规定的测力仪使用标准.     

沸石分子筛修饰用于疾病诊断的QCM气敏传感器

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance)能将所吸附分子质量的微小改变转换成频率的变化并加以测量,具有灵敏度高,稳定性好,通用性强,工作温度范围大,尺寸小和抗干扰强等优点,是一种很理想的敏感器件．将QCM经沸石分子筛AgZSM-5修饰后,对丙酮气体的频率响应进行了测量,实验数据显示对呼出气体的探测能很好地区分出正常人和糖尿病人,对糖尿病的早期诊断具有一定的意义。     

基于COOH/SBA-15的谐振式氨气传感器气敏性能研究

针对化工生产过程中易出现的氨气泄露等问题,采用共聚法合成了羧基功能化介孔硅材料(COOH/SBA-15),并将其作为敏感材料设计了一种石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)式氨气传感器.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、全自动比表面积和孔隙度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等对敏感材料的形貌和结构进行了表征,并系统地研究了基于COOH/SBA-15的QCM传感器的气敏性能.测试结果表明该传感器对氨气(NH3)的检测限可达到10-6(体积分数),所合成的COOH/SBA-15-2样品对体积分数为20×10-6的NH3响应恢复时间分别为5s和7s.同时,该传感器对NH3具有较高的化学选择性和稳定性,具有较高的实用价值.     

采用柔性铰链罗伯威尔结构的石英谐振式力传感器

介绍了一种采用柔性铰链构成的罗伯威尔结构和ＡＴ－切精密石英谐振器组成的石英谐振式力传感器。柔性铰链无间隙、无机械摩擦、充分体现材料的性能,传感器只由弹性体和谐振器两个部分组成,力的传递环节少,误差小可靠性高。通过调整柔性铰链的尺寸,可以得到不同量程的传感器。解决了整体式石英谐振式力传感器加工困难、成本高和组合式环节多、精度不高的缺点,为石英谐振式力传感器找到了一种较为合适的结构,使石英本身优良的性能得到发挥。研制了精度较高、成本较低、数字量输出的石英谐振式力传感器,并且给出了传感器的精度指标。     

静电传感器空间滤波效应及频率响应特性

介绍了静电传感器空间率波的基本原理,分析了静电传感器空间率波特性,在此基础上推导了传感器的频率响应特性.并在重力输送颗粒流装置上对静电传感器测量系统的动态特性进行了实验研究.理论和试验结果表明:静电传感器在空间频域上充当低通滤波器,而且径向位置越小,空间频带越窄;电极轴向长度越小,空间频带越宽;在时间频域内测量系统相当于带通滤波器,电极的轴向长度和颗粒径向位置对频带宽度的影响与空域频率特性相似;此外,颗粒速度越大,时域频带越宽,颗粒尺寸越大,频带越窄.     

气固两相流静电传感器特性的研究

基于点电荷的概念,设计了气固两相流传感器的静电感应实验装置,并实验研究了传感器环状电极的几何尺寸对传感器性能的影响．结果表明,对于直径相同的电极,其长度越短,所构成的传感器的通带频宽越大,但传感器的能量传递系数却变小．因此在设计传感器时,应综合考虑频宽与能量传递系数对测量结果的影响．     

西维因分子印迹压电石英晶体微天平的构建

介绍了一种用于检测西维因农药的分子印迹压电生物传感器构建方法.首先采用计算机模拟方法对农药分子和功能单体结合方式进行模拟,然后采用沉淀聚合法合成农药西维因的分子印迹聚合物并固定于石英晶体微天平电极表面构建传感器.同时用环境扫描电镜以及原子力显微镜对聚合物形貌、传感器电极表面进行分析,最后用传感器对西维因农药进行检测分析,并对可能的影响因素进行研究.结果显示,构建的分子印迹压电生物传感器能够对农药进行初步检测.     

动态QCM生物传感器检测尿微量白蛋白及过程分析

尿微量白蛋白(HSA)的检测对肾损伤的早期诊断及治疗具有重要意义.通过搭建基于石英晶体微天平(QCM)原理的免疫型生物传感器,对尿微量白蛋白实现动态实时的检测.首先使用硫辛酸修饰石英晶体表面,形成自组装单分子膜,然后再用N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)来活化晶体表面的羧基,使得HSA抗体能够与之结合.实验通过记录传感器的频率变化,反映被测HSA样品的浓度大小.通过测定不同浓度的HSA,确定所搭建的生物传感器对HSA的检测范围是0.1～6,μg/mL,最小检测质量浓度0.1,μg/mL,频率变化和样品浓度的拟合曲线为y=11.276x+10.351,拟合优度R2为0.999 4.在检测范围内,两者线性关系较好.     

石英微天平中有限矩形谐振元振动耦合的有限元分析

提出了一种处理石英微天平(quartz crystal microbalance，QCM)振动耦合问题的新方法．用ANSY56．0有限元软件直接对机电耦合场进行三维有限元分析，从而避免了一般解析和半解析分析中对控制方程的简化．通过对全电极晶片的振动分析，验证了计算的有效性，并找到了较好的单元尺寸比．对于部分电极晶片，分析了电极尺寸和电极区的等效厚度对有限谐振元振动特性的影响．根据本文的分析结果，提出了一些多通道石英微天平(MQCM)优化设计的建议．     

HKUST-1形貌对QCM甲苯传感器敏感性能的影响

以室温超声法合成了不同形貌的金属有机框架化合物Cu_3(BTC)_2(HKUST-1)的纳米颗粒,并将其制作成石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)构建甲苯传感器.利用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射仪,全自动比表面积和孔隙度分析仪,傅里叶变换红外光谱仪等对HKUST-1的形貌和结构进行了表征,测试了不同形貌和比表面积的敏感材料对甲苯的传感性能.结果证明不同晶粒尺寸和暴露晶面的HKUST-1对甲苯的敏感性能有明显影响.当形貌从低能晶面的八面体逐渐转变为高能晶面的立方体时,晶体尺寸变小,孔径逐渐增大.在空间位阻效应和吸附热效应的协同作用下,HKUST-1对甲苯气体显示出特异性吸附和敏感性能,其中高能晶面暴露最多的立方体形貌的HKUST-1对体积分数为60×10~(-6)甲苯气体的响应值比八面体样品高出1倍.     

电极压力对TRIP800点焊焊接接头组织性能的影响

对冷轧高强度TRIP800 MPa、厚度为1.8 mm的钢板进行在不同电极压力条件下的点焊实验,并通过金相观察、硬度测试和拉伸实验对焊接接头的组织和性能进行了分析.分析结果表明当电极压力过小或过大时都导致点焊接头强度较低,而最佳点焊工艺参数:焊接电流为8 000 A,焊接时间为20 cyc,电极压力为400 kgf.     

基于振荡检测法的延迟线型声表面波气体传感器特性

研究延迟线型声表面波(SAW)气体传感器的信号传输损耗和相位变化,考察了振荡检测法中相移电路和滤波电路对传感器性能的影响.基于延迟线型SAW气体传感器简化数学模型和频率特性测试,探讨叉指电极(IDTs)对传感器性能和传输过程中信号相位幅值变化量的影响.利用不同阶低通滤波器的性质和相移电路频率特性曲线研究振荡电路对延迟线型SAW传感器振荡频率、灵敏度和稳定性的影响机制.结果表明:延迟线型SAW传感器插入损耗和信号带宽反比叉指对数;传输过程中信号相位变化受振荡频率、波速和中心距共同影响;滤波器幅频特性随滤波电路阶次降低而变好,同时传感器灵敏度提高.