基于π网络零相位法石英晶体激励电平相关性的研究

本文阐述了基于π网络零相位法石英晶体测量中改变激励电功率对石英晶体电参数的影响.主要以π网络零相位法为测量方法,配以软件调节,硬件补偿等措施改变施加在石英晶体两端的激励功率,从而完成激励功率相关性的研究.重点阐述系统电阻校准方法和串联谐振电阻的测量.     

本期摘要

石英晶体微天平在蛋白吸附领域的研究进展;毛细管电泳-电致化学发光法检测儿茶素;基于π网络零相位法石英晶体激励电平相关性的研究;基于π网络零相位法的石英晶体负载谐振频率测量技术研究;基于Maxwell软件的齿轮测速传感器的磁路分析     

基于直接传输法的石英晶体谐振电阻测量技术研究

在研究IEC444-5标准中的直接传输法的基础上,结合π网络零相位法中测量方法,提出了一种石英晶体谐振电阻测量的方法;该方法在测量过程引入了矢量电压,采用测量复阻抗方法来减弱π网络杂散的影响;在此基础上设计了石英晶体串联谐振参数测量系统,该系统采用DDS技术,有效提高了测量精度;实验结果表明,在1MHz～200 MHz频率范围内,石英晶体串联谐振电阻的测量误差不超过±10%(或±2Ω),满足石英晶体工业生产测量的需要.     

级联DDS和倍频技术在石英晶体测量中的应用

在介绍π型网络零相位法石英晶体元件电气参数测量系统的基础上、首次提出了使用级联直接数字合成器(DDS)和倍频技术去解决π型网络测量所需高频高精度激励信号问题。通过测试证明,该设计产生的激励信号频率范围广、频谱纯,符合系统要求;整个测量系统与250B相比,串联谐振频率测试偏差不超过1ppm,串联谐振电阻测试偏差不超过2％。     

弱激励石英晶体参数检测的自适应陷波法

微弱激励下的石英晶体其输出信号的频率、幅度和相位输出变化都非常大。本文采用π网络零相位检测法测量石英晶体的串联谐振频率,针对微弱信号的相位检测采用自适应陷波滤出期望信号,然后对陷波后信号进行带宽压缩提高信噪比,从而检测出π网络零相位点,估计出石英晶体的谐振频率。文中研制了基于数字信号处理器的检测系统,实验表明系统在信号功率小于-60dBm情况下,相位检测精度达到2PPM。     

石英晶体参数测量的数字鉴相系统

石英晶体做为高精度频率源的核心部件被广泛应用于各个领域,对于高精度的石英晶体谐振频率的测量需要进行精确稳定的相位差检测;为了提高相位差测量精度,研究了高精度的数字鉴相方法,该方法可以提高π网络零相位法的检测精度,并且在鉴相的同时实现鉴频和鉴幅,可以利用鉴频提高鉴相的精度,利用鉴幅加快π网络检测速度;为了验证数字鉴相方法的有效性,研制了基于DSP的石英晶体参数测量π网络零相位法系统,利用该系统检测石英晶体的谐振频率,检测误差达到2PPM。     

基于π网络零相位法石英晶体负载谐振频率测量技术研究

对基于π网络零相位法测量石英晶体负载谐振频率的3种测量方法进行了分析对比,重点对基于实体电容法的石英晶体负载谐振频率测量技术进行了分析研究.在此基础上,设计适用于实体电容法测量石英晶体负载谐振频率的测试系统.实验表明:负载谐振频率的测量误差达到±5×10-6以内.     

基于π网络零相位法石英晶体负载谐振频率测量量技术研究

对基于π网络零相位法测量石英晶体负载谐振频率的3种测量方法进行了分析对比,重点对基于实体电容法的石英晶体负载谐振频率测量技术进行了分析研究.在此基础上,设计适用于实体电容法测量石英晶体负载谐振频率的测试系统.实验表明负载谐振频率的测量误差达到±5×10-6以内.     

石英晶体参数快速牛顿测量法及系统设计

石英晶体参数的快速和准确测量是石英晶体元件加工控制和成品检测的重要指标;介绍了基于π网络零相位法的石英晶体参数测量方法,并在此基础上,研制了以DSP和FPGA为核心的嵌入式数字鉴相处理系统,测量过程中系统直接控制信号发生器,并在数字信号处理器中实现快速牛顿下山测量算法,使得平均只需要进行5次搜索,就可以锁定石英晶体的谐振频率,从而实现晶体谐振频率的快速测量;实验表明系统测量精度达到2PPM,平均测量时间小于0.5秒。     

石英晶体静电容测量方法的研究与实现

本文介绍了一种测量石英晶体静电容的新方法。在IEC-444标准所规定的测量石英晶体电参数的方法-π网络零相位法基础上,对静电容的测量方法进行了研究,提出了本方法。在此基础上设计制作了测量实验系统,该系统把测量谐振频率和静电容统一起来,简化了测量电路,提高了可靠性和测量速度。实验结果表明,在1～10pF的测量范围内,静电容测量误差小于0.1pF,满足工业生产中对石英晶体静电容的测量精度要求。     

An electric field sensor based on reflected light intensity modulation from electro-optical media

An optical sensor of an alternating electric field is described. The sensing element is a crystal quartz plate which reflects incident light by its front surface. Reflected light intensity is modulated by the tested electric field by means of changing the refractive index of the plate. Modulation of the reflection coefficient of the quartz by the tested electric field occurs due to the electro-optic effect. It is noted that the main advantage of the sensor working on the modulation of the reflected light is the ability to use opaque electro-optical media and thin films.     

阻抗分析中激励电平对石英晶体微天平响应性能的影响

阻抗分析法是表征石英晶体微天平(QCM)响应特性的主要手段之一,能够给出QCM的谐振频率及其等效电路参数.在阻抗计分析法诸多测定仪器参数中,施加在石英晶体上的激励电位水平对测定结果的影响少见文献讨论.最近有文献报道称激励电平是一个很关键的测量条件,对QCM的粘度响应模式存在明显的影响.该文系统测定了激励电平对QCM的等效电路参数值以及QCM对表面质量、溶液粘度的影响,结果表明,在5～1 000 mV范围内改变施加在QCM上的激励电平,对QCM的响应特性影响很小,为QCM的阻抗分析中的参数设置提出不同的见解.     

8字型环形腔内光强的分布特性

基于光线传播2×2传输矩阵理论,建立了光波在四频差动激光陀螺一般性环形腔内高斯光束特征参数和电场矢量方程,在此基础上探讨了8字型空腔和石英腔内光波的传输机理,包括分别以环形腔内束腰位置和一般位置作为起始点,高斯光束传播一周,光强最大值、光斑半径大小和光强空间分布的变化规律。结果表明：以束腰位置0-1处作为起始位置,光波沿石英腔内传输一周,再次回到0-1横截面上可以获得整个环形腔内最大光强7．9837×10-6,最小光斑半径0．3539mm,因而此处是激活介质最佳的安装位置。     

测量粘度的激励响应式石英晶体传感器

石英晶体传感器是利用石英晶体的压电效应，把被测物理量直接转换为电信号输出的传感器。文中进行了液相介质中石英晶体粘度传感器及其频率特性的研究。     

提高液体中石英晶体传感器频率稳定度的方法

石英晶体传感器的动态阻抗显著增大,品质因数下降是液体阻尼负载作用的主要效果。本文从分析液体中石英晶体谐振器的相位平衡条件出发,研究了影响传感器频率稳定度的因素;由石英晶体谐振器的能量局部化效应,分析了传感器液体测头设计中的问题,并由此设计出在液体中工作的石英晶体传感器。实验结果表明,此传感器在液体中具有较高的频率稳定度。     

石英晶体动态电容的测试方法研究

相位偏置法作为IEC推荐的石英晶体的动态电容标准测试方法,由于其对π网络制作工艺的严格要求,以及相位差精确测量的困难等原因,使得这种方法的实现比较困难,国内未见这方面的研究成果报道;介绍了相位偏置法测试石英晶体动态电容的方法,首次提出了主动补偿杂散电抗及石英晶体静电容C0所引起的附加相移的方法,降低了对π网络制作工艺的要求,同时也不需要为补偿C0所采用的补偿电路,使得相位偏移法更易于实现并推广使用;实验结果表明,本系统对石英晶体动态电容的测试精度可以达到±5%.     

压电石英晶体生物传感器技术要点及展望

简介了生物传感器的分类,重点介绍了压电石英晶体生物传感器的基本原理、基本构成、检测流程、振荡电路、检测池的设计、固定化技术等内容,分析了压电石英晶体生物传感器的特点及研究中存在的不足,并对今后的研究方向提出一些看法与展望.     

Fluid property investigation by impedance characterization of quartz crystal resonators: Part I: Methodology,crystal screening,and Newtonian fluids

In the first of this two-part communication, we present a methodology for the application of thickness shear mode (TSM) quartz crystal resonators (QCR) in fluid property investigation. To this end, we outline a protocol for the preparation of crystal surfaces for fluid contact and establish a methodology for the pre-screening of quartz crystals for application in fluid property investigation. We also present a data fitting algorithm which enables the conversion of raw impedance data into equivalent circuit parameters. Subsequently, we report on our study of a series of Newtonian fluids (2-propanol/water solutions) by frequency response analysis of the fluid-contacted TSM QCR. The results are analyzed in comparison to theoretical predictions presented in an earlier publication. The results show good agreement between the theory and experimentally derived equivalent circuit parameters. The influence of fluid elasticity on the impedance response of liquid-contacted thickness-shear mode (TSM) quartz crystal resonators (QCR) is investigated in the second part. Model predictions are compared to experimental results on a series of a TSM QCR contacted with poly(dimethylsiloxane) fractions. The findings show that with appropriate instrumentation and models to interpret results, TSM QCR can be rapid and effective tools in viscoelastic fluid property investigation.     

压电谐振力传感器零位不稳定性的机理和试验

介绍了一种研究石英谐振器力频特性的新方法,利用此方法对平面型和透镜型石英谐振器进行了对比分析,并结合这2种谐振器性能的对比分析试验,得出石英谐振器的电极质量敏感性是引起谐振器零位不稳定和频率短期不稳定的一个主要原因,理论和试验一致表明:通过改善石英谐振器的形状可使这种不稳定性降到原来的1%。     

Dispersion in electroosmotic flow generated by oscillatory electric field interacting with oscillatory wall potentials

An analytical study is presented in this article on the dispersion of a neutral solute released in an oscillatory electroosmotic flow (EOF) through a two-dimensional microchannel. The flow is driven by the nonlinear interaction between oscillatory axial electric field and oscillatory wall potentials. These fields have the same oscillation frequency, but with disparate phases. An asymptotic method of averaging is employed to derive the analytical expressions for the steady-flow-induced and oscillatory-flow-induced components of the dispersion coefficient. Dispersion coefficients are functions of various parameters representing the effects of electric double-layer thickness (Debye length), oscillation parameter, and phases of the oscillating fields. The time–harmonic interaction between the wall potentials and electric field generates steady as well as time-oscillatory components of electroosmotic flow, each of which will contribute to a steady component of the dispersion coefficient. It is found that, for a thin electric double layer, the phases of the oscillating wall potentials will play an important role in determining the magnitude of the dispersion coefficient. When both phases are zero (i.e., full synchronization of the wall potentials with the electric field), the flow is nearly a plug flow leading to very small dispersion. When one phase is zero and the other phase is π,?the flow will be sheared to the largest possible extent at the center of the channel, and such a sharp velocity gradient will lead to the maximum possible dispersion coefficient.