[实用新型]振荡幅度可控的石英晶体微天平衰减因子测量装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于微质量测量技术领域，特别涉及振荡幅度可控的石英晶体微天平衰减因子测量装置，以及传感器技术和生物芯片技术。

背景技术：

石英晶体微天平是一种灵敏度极高的质量测量装置，能够测量出纳克量级的质量变化，可以应用于传感器技术以及生物芯片技术领域。美国电气和电子工程师协会2003年度传感器会议(Sensors，2003.Proceedings of IEEE)论文集第一卷849-854页介绍了一种基于锁相环技术的可以在液体中工作的石英晶体微天平测量电路，但文中所介绍的电路中没有幅度控制的单元电路，因此无法控制石英晶体的振荡幅度，同时该电路无法把石英晶体从电路中断开，因而无法测量石英晶体的衰减因子。美国斯坦福仪器公司(Stanford Research System)的QCM100和QCM200型石英晶体微天平测量装置，以及美国麦克斯泰克(Maxtek)公司的RQCM和PLO-10i型石英晶体微天平测量装置可以测量石英晶体振子的振荡频率和它的等效电阻，但由于其在电路上无法把石英晶体从振荡电路电路中断开，因而无法测量石英晶体振子的衰减因子，同时由于其电路没有幅度控制的单元电路，因此无法控制激励石英晶体振子信号的强度，因此也无法控制石英晶体振子的振荡幅度。

实用新型内容

本实用新型提出一种振荡幅度可控的石英晶体微天平衰减因子测量装置，以克服现有石英晶体微天平衰减因子测量装置无法控制石英晶体的振荡幅度的缺陷，使石英晶体可以振荡在不同幅度下，从而可以研究在不同的振荡幅度下物质的微观性质。

本实用新型振荡幅度可控的石英晶体微天平衰减因子测量装置，将压控振荡器输出的正弦信号分为三路：第一路输入鉴相器的第一个差分输入端的正相输入端作为相位参考信号；第二路输入缓冲放大器得到电压参考信号；第三路输入一个电压串联反馈放大电路的正相输入端得到激励信号；石英晶体振子的第一电极接到电压串联反馈放大器的反相输入端，第二电极接地；电压串联反馈放大器的反相端与输出端间接一电容；然后电压参考信号输入鉴相器的第二个差分输入端的正端，激励信号输入这个差分输入端的负端，鉴相器的输出经过低通滤波器后输入积分器，积分器的输出接在压控振荡器的电压控制端；其特征在于：将所述压控振荡器输出的正弦信号先输入压控放大器，再将其输出信号分为三路输入后面的电路；并将所述石英晶体振子的第一电极先通过线性门再接到电压串联反馈放大器之反相输入端。

本实用新型装置由鉴相器、低通滤波器、积分器、压控振荡器和压控放大器组成了锁相环反馈系统，鉴相器实时地测量激励信号与电压参考信号的差值和相位参考信号间的相位差，鉴相器输出的信号经过低通滤波器后成为直流信号，这个直流信号经过积分器积分后输入到压控振荡器的电压控制端可以不断地修正压控振荡器输出的信号频率；当压控振荡器输出的信号频率变化到与石英晶体振子的谐振频率相同时激励信号与电压参考信号的差值和相位参考信号间的相位差为90°时鉴相器的输出信号为零，于是积分器的输出也会保持恒定，从而使压控振荡器输出信号的频率锁定在石英晶体振子的谐振频率上，此时装置也就工作在石英晶体振子的谐振点上。当装置工作在石英晶体的谐振点上后，可以通过改变压控放大器电压控制端的输入电压来控制激励石英晶体振子的信号强度，从而控制石英晶体振子的振荡幅度；当装置工作在石英晶体的谐振点上后，可以在线性门的控制端上输入关门信号，使石英晶体振子与其它电路断开，于是石英晶体振子恢复工作在衰减振荡的模式下，此时可以通过信号读出电路测量到石英晶体振子的衰减振荡信号。

由于本实用新型装置在锁相环反馈系统中增加了压控放大器，从而使锁相环反馈系统具备了控制信号强度的能力；特别是由于压控放大器被放在了压控振荡器的后边，而不是放在锁相环反馈系统的其它环节上，使压控放大器不会引入相位误差，从而使本实用新型装置既可以锁定在石英晶体的谐振频率上，又可以控制石英晶体的振荡幅度。同时由于本实用新型装置将石英晶体振子先通过一个线性门再接入振荡电路，因此可以把处于谐振状态的石英晶体振子从电路中断开，从而具备了测量石英晶体的衰减因子的能力。