基于正交解调的宽频自适应石英晶体微天平测量系统

发布时间：2017-11-01 12:29

  本文关键词：基于正交解调的宽频自适应石英晶体微天平测量系统

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【摘要】：现今,高精度的测量仪器是科学研究不可或缺的工具。而随着各个学科更精细和深层次的技术探索,科研工作者对低成本、高精度、智能化的测量仪器的需求也不断提高。其中,石英晶体微天平(QCM)作为一种新型的微小量测量仪器,得到了广泛的关注,也面临一些技术上的挑战。为了克服现有QCM仪器存在的硬件要求高、精度偏低、耗材成本大、D因子测量难的问题,本文以正交解调原理为基础,提出了一种晶体基频自适应范围1-9MHz,并可持续记录谐振频率偏移△f和D因子的新系统方案。该系统以直接数字式频率合成(DDS)技术为基础,通过STM32处理器对信号发生、信号调理、数据采集和USB2.0数据上传过程进行控制,并在上位机通过LABVIEW软件编程实现对数据的处理和显示。论文通过3个实验对新系统的性能进行测试。7.99 MHz单晶体谐振频率的实验表明系统降低了硬件要求,有效测量精度达到预期的0.1 Hz;多晶体的膜厚叠加实验表明系统对1-9 MHz范围内晶体自适应有效,晶体可正常工作。耗散因子D测量实验表明系统能够较为简便地测量D因子。
【关键词】：石英晶体微天平 D因子 正交解调 宽频自适应
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH715.11
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 引言7-11
• 1.1 QCM历史背景7-8
• 1.2 QCM测量系统研究现状8-9
• 1.3 论文研究方法和意义9
• 1.4 论文结构9-10
• 1.5 本章小结10-11
• 2 QCM测量原理概述11-19
• 2.1 石英晶体特性概述11-13
• 2.1.1 晶体和压电效应11-12
• 2.1.2 石英晶体剪切方式12-13
• 2.2 QCM晶体等效电路模型与特征频率13-16
• 2.2.1 QCM晶体等效电路模型13-15
• 2.2.2 石英晶体特征频率点15-16
• 2.3 QCM相关测量公式16-18
• 2.3.1 Sauerbrey公式16
• 2.3.2 液体Kanazawa-Gordon关系16-17
• 2.3.3 综合公式17
• 2.3.4 耗散因子D17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 基于正交解调的QCM系统设计19-22
• 3.1 系统原理框架19-21
• 3.2 宽频自适应原理21
• 3.3 本章小结21-22
• 4 QCM系统的实现22-30
• 4.1 系统结构22
• 4.2 电源模块22-23
• 4.3 STM32 控制器模块23-25
• 4.4 正交信号源模块25
• 4.5 隔离放大模块25-26
• 4.6 混频低通模块26-27
• 4.7 数据采集上传模块27
• 4.8 上位机控制显示模块27-29
• 4.9 本章小结29-30
• 5 系统测试与结果分析30-34
• 5.1 7.99 MHz晶体乙醇挥发实验30-31
• 5.2 1--9 MHz多晶体宽频自适应实验31
• 5.3 1--9 MHz多晶体膜厚叠加实验31-32
• 5.4 7.99 MHz晶体耗散因子D测量实验32-33
• 5.5 本章小结33-34
• 6 结论及展望34-35
• 参考文献35-38
• 致谢38-39
• 在学期间公开发表论文及著作情况39

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 汪学方,张鸿海;影响石英晶振器品质因素的特征参数的研究[J];华中科技大学学报;2001年12期

2 杨明;周俊鹏;王连明;;基于石英晶体的微质量测量方法研究[J];物理实验;2012年06期

3 李海威;吕运朋;蒋华勤;;基于ARM的嵌入式QCM检测仪器[J];仪表技术与传感器;2009年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴兵;石英晶体微天平电学参数获取及在物理吸附上的应用[D];中国科学技术大学;2008年

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本文编号：1126860