[发明专利]一种微量质量传感器信号检测电路

说明书

本发明公开了一种微量质量传感器信号检测电路，包括传感器与信号输出单元、信号检测单元；传感器采用声表面器件；所述传感器与信号输出单元的传感器参考通道产生振荡信号作为基准参考信号，同时将此振荡信号作为传感通道的激励信号；所述信号检测单元实现传感器参考通道振荡基准参考信号和传感通道输出信号的相位跟踪，相位跟踪结果采用数字输出并和传感通道敏感区的质量变化保持比例关系。本发明克服了传统振荡法实现声表面波信号检测存在的易出现跳频或停振等现象，也避免了混频法测量所导致的测量范围受限、系统复杂等缺点。

技术领域

本发明涉及信号检测领域，具体为一种微量质量传感器信号检测电路。

背景技术

微量质量检测在很多领域都有广泛应用，例如气体检测(PM2.5、氢气、硫磺、DNT、TNT、CO₂等)本质上是空气中的微量待测气体沉积在传感器上的质量变化引起传感器的输出信号变化；在生物、医学、化学等检测领域，黄曲霉毒素、万古霉素、霍乱弧菌、重金属、卡巴呋喃、抗体—抗原、适配体的癌症早期诊断等检测，都是传感器通过选择性的捕获待测物，从而改变沉积在传感器表面的待测物质的质量，引起传感器输出信号发生变化。

检测上述微量质量的传感器常见的有：石英晶体微天平(QCM)、微悬臂梁、声表面波传感器(SAW)等。石英晶体微天平受本身尺寸影响，其谐振频率不能做的很高，因此检测灵敏度难以提高。微悬臂梁具备很高的检测灵敏度，常用的微悬臂梁采用光学检测的方法，但基于光学检测的微悬臂梁检测系统容易受到干扰，如溶液中的汽泡、颜色、杂质等。此外，光学读出的微悬臂梁在使用前需要进行复杂的对位调整，费时费力。相比于石英晶体微天平的基频只能到几十MHZ，声表面波的基频可以达到GHZ水平，因此声表面波质量传感器比石英晶体微天平传感器更为灵敏，其检测下限理论上可达fg，从而得到了广泛的关注{(徐秀明，王俊德，李海洋.QCM和SAW传感器的原理及其在现场检测中的应用[J].化学进展，2005，17(5)：876-880.)、(胡浩亮，王文，何世堂等.一种采用穴番-A敏感膜的新型声表面波瓦斯传感器的研究[J].传感技术学报，2016，29(2)：166-170.)}。

声表面波质量传感器普遍采用振荡信号实现检测(周洪林，王兢，丛松颖.应用于气体传感器的声表面波振荡器设计[J].仪器仪表学报，2007，28(4)：9-10，增刊.)，其原理是周期性电信号经过声表面波质量传感器表面的叉指电极时，产生机械波并沿着压电基底传输，并在另一端将机械波转换成周期性电信号，沉积在压电基底上的质量发生改变时，机械波发生改变，最终转换成的周期性电信号也随之发生改变，即沉积在压电基底上的质量变化和最终输出的频率信号成比例关系。但振荡器实现声表面波信号检测也存在着缺陷，当质量变化大，即频率变化范围宽时，容易出现跳频或停振等现象发生，导致不可预测的后果。此外，声表面波振荡工作频率一般都比较高，超出一般频率测试仪的范围，需要通过混频法测量，导致测量范围受限、系统复杂度增加。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中声表面波振荡法测量微量质量的不足，提出一种微量质量传感器信号检测电路。本发明的技术方案如下：

一种微量质量传感器信号检测电路，包括传感器与信号输出单元、信号检测单元。传感器与信号输出单元输出端和信号检测单元输入端相连。

所述传感器与信号输出单元包括第一金属叉指、第二金属叉指、第三金属叉指、第四金属叉指、压电基底、放大器、移相电路、敏感区。其中，第一金属叉指和第二金属叉指组成传感器参考通道，第三金属叉指和第四金属叉指组成传感通道，传感器参考通道和传感通道均为延迟型结构，第三金属叉指和第四金属叉指的中间区域为敏感区。优选地，压电基底材料为铌酸锂或钽酸锂，但不限于铌酸锂或钽酸锂材料。