本實用新型屬自動化測試領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于石英晶體微天平實現(xiàn)野外液相中物質(zhì)質(zhì)量測量的驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)：

石英晶體微天平能夠測量微小質(zhì)量的變化，在生物醫(yī)藥、氣體檢測等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。石英晶體微天平驅(qū)動裝置是實現(xiàn)精確和穩(wěn)定測量的首要條件。當(dāng)前，比較成熟的石英晶體微天平驅(qū)動裝置主要適用于氣體檢測等負(fù)載和阻尼比較小的場合，且多采用模塊化的驅(qū)動裝置，體積較大。將石英晶體微天平應(yīng)用到液相水中實現(xiàn)水中物質(zhì)含量的檢測是當(dāng)前的一個研究熱點，然而液相中存在強(qiáng)烈的阻尼作用，石英晶體等效阻抗較大，原有驅(qū)動裝置驅(qū)動能力較差，導(dǎo)致石英晶體在液相水中難以起振或起振不穩(wěn)定。當(dāng)前急需一種微型化、集成化能夠在野外現(xiàn)場實現(xiàn)石英晶體測量液相水中吸附物質(zhì)的質(zhì)量的驅(qū)動裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置，利用其可實現(xiàn)液相地下水、地表水中石英晶體微天平的穩(wěn)定起振。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案：

一種便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置，帶有工作電源；其還包括：

一微處理器，其內(nèi)置模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、FLASH存儲器和用于控制信號發(fā)生器的微處理器單元；

一石英晶體單元(QCM)；

一DDS精密信號發(fā)生器單元，其由數(shù)字式頻率合成器、濾波電路和信號跟隨電路組成；微處理器單元I/O口輸出端與直接數(shù)字式頻率合成器輸入端相連，該頻率合成器的輸出信號經(jīng)濾波電路和電壓跟隨電路后調(diào)理為石英晶體單元的驅(qū)動信號；

一正交鑒相模塊單元，其由J-K觸發(fā)器、低通濾波器組成；所述石英晶體單元(QCM)輸入和輸出信號分別與正交鑒相模塊的輸入端相連，通過J-K觸發(fā)器識別石英晶體單元(QCM)輸入和輸出信號的相位差，相位差經(jīng)低通濾波器后輸出對應(yīng)的電壓信號；

一同向鑒相模塊單元，其由J-K觸發(fā)器組成；石英晶體單元(QCM)輸入和輸出信號分別與同向鑒相模塊的輸入端相連，通過J-K觸發(fā)器識別石英晶體單元(QCM)輸入和輸出信號的相位差，并輸出表征被測物質(zhì)質(zhì)量的電平信號；

一電容補(bǔ)償電路單元，其由若干20～200pF區(qū)域內(nèi)不同電容值的電容和一數(shù)字式模擬開關(guān)組成，其中，所述的這些電容與石英晶體單元并聯(lián)反向連接，所述的數(shù)字式模擬開關(guān)控制端與微處理器單元I/O相連；由微處理器單元控制數(shù)字式模擬開關(guān)接入不同電容值的電容，直至正交鑒相模塊輸出信號為零。

所述便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中，所述信號發(fā)生器采用DDS信號發(fā)生器，所述微處理器單元控制該DDS信號發(fā)生器單元產(chǎn)生步進(jìn)頻率≦1Hz，頻率范圍≦100KHz的石英晶體單元驅(qū)動信號。

所述便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中，所述石英晶體單元(QCM)為AT切型。

所述便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中，所述微處理器采用MSP430處理器，其自帶用于實現(xiàn)正交鑒相模塊輸出電壓信號的16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。

所述便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中，所述直接數(shù)字式頻率合成器采用DDS芯片AD9854。

所述便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中，所述同向鑒相模塊單元采用兩路鑒相模塊，一路鑒相模塊控制DDS信號發(fā)生器方波驅(qū)動信號的頻率調(diào)節(jié)；另一路鑒相模塊輸出表征石英晶體吸附被測物質(zhì)質(zhì)量的電平信號。

所述便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中，所述工作電源采用一組5號電池。

本實用新型的優(yōu)點是：

1.本便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置中配置的負(fù)載DDS精密信號發(fā)生器單元可輸出步進(jìn)頻率≦1Hz，頻率范圍≦100KHz的石英晶體單元驅(qū)動信號，精度高，電路集成度高，可實現(xiàn)石英晶體微天平驅(qū)動信號的微小調(diào)節(jié)，確保穩(wěn)定起振；

2.本實用新型的補(bǔ)償電容單元中采用若干20～200pF的電容通過數(shù)字式模擬開關(guān)與石英晶體微天平并聯(lián)反向接入，可方便調(diào)節(jié)直至正交鑒相模塊輸出信號為零，功耗低；

3.本實用新型基于正交鑒相模塊判斷石英晶體微天平輸入和輸出信號的相位差，輸出與相位差對應(yīng)的電壓信號，精度高；

4.本實用新型采用高集成度的微處理器芯片、DDS信號發(fā)生器(DDS直接合成信號發(fā)生芯片)和鑒相模塊等，可以大大簡化電路的復(fù)雜程度，大幅度提高電路的集成度，體積較小，適用于野外便攜式快速測量的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)構(gòu)成原理示意框圖。

圖中：

1-微處理器單元；2-石英晶體單元；21-輸入端接口；22-石英晶體；23-輸出端接口；3-正交鑒相模塊；31-J-K觸發(fā)器；32-濾波電路；4-電容補(bǔ)償電路單元；41、42、43……4n-若干電容；5-DDS高精度信號發(fā)生器單元；51-直接數(shù)字頻率合成芯片；52-濾波電路；53-電壓跟隨器電路；6-同向鑒相模塊單元；61-J-K觸發(fā)器；62-濾波電路；7-電平信號。

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

具體實施方式

參閱圖1所示，本實用新型便攜式石英晶體微天平液相檢測驅(qū)動裝置主要包括六大部分：微處理器單元1、石英晶體單元2、正交鑒相模塊3、電容補(bǔ)償電路單元4、DDS高精度信號發(fā)生器單元5、同向鑒相模塊單元6，其中，同向鑒相模塊6輸出表征石英晶體單元2吸附被測物質(zhì)質(zhì)量的電平信號7，并帶有為各單元提供工作電壓的電源。

所述的電容補(bǔ)償電路單元4包括：數(shù)字式模擬開關(guān)46和若干電容41、42、43……4n，其中若干電容為具有各不相同電容值的電容，各電容的取值范圍為20～200pF。圖1所示實施例中，數(shù)字式模擬開關(guān)46輸入端與微處理器單元1的I/O口相連，若干組電容41、42、43……4n分別反向與石英晶體單元2并聯(lián)，由數(shù)字式模擬開關(guān)46輸出端實施控制，以接入不同電容值的電容。

所述的微處理器單元1可以采用高集成度MSP430處理器，內(nèi)部集成多路采集、實時時鐘和大容量存儲器等功能。其自帶的16位AD轉(zhuǎn)換器用于轉(zhuǎn)換經(jīng)正交鑒相模塊輸出的表征石英晶體輸入輸出信號相位差的電平信號。

所述的石英晶體單元2為AT切型石英晶體微天平，包括輸入端接口21、石英晶體22和輸出端接口23。

所述正交鑒相模塊單元3包括J-K觸發(fā)器31、濾波電路32。圖1所示實施例中，石英晶體輸入端21和石英晶體輸出端23分別接入J-K觸發(fā)器31，石英晶體單元1輸入和輸出端信號的相位差經(jīng)濾波電路32后輸出相應(yīng)的電平值，電平信號由微處理器單元1內(nèi)置的16為模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集。

所述的DDS(Direct Digital Synthesizer)高精度信號發(fā)生器單元5主要包括直接數(shù)字頻率合成器51、濾波電路52和電壓跟隨器電路53，圖1所示實施例中，微處理器單元1的I/O口與直接數(shù)字頻率合成芯片51相連，控制51輸出一定頻率的方波信號，方波信號經(jīng)濾波電路52和電壓跟隨器電路53后與石英晶體輸入端21連接，驅(qū)動石英晶體22。所述的直接數(shù)字頻率合成器51可以采用DDS直接合成信號發(fā)生芯片AD9854。

所述正交鑒相模塊單元6包括J-K觸發(fā)器61和濾波電路62。圖1所示實施例中，石英晶體單元2輸出端23與J-K觸發(fā)器61相連，61輸出信號經(jīng)濾波電路62后輸出表征石英晶體單元2吸附物質(zhì)質(zhì)量的電平信號7。

所述工作電源采用一組5號電池，可以是4節(jié)5號的普通電池或4節(jié)5號堿性電池。

所述一種實現(xiàn)石英晶體微天平(QCM)液相檢測的驅(qū)動裝置工作原理為：首先通過微處理器單元1控制DDS高精度信號發(fā)生器單元5中的直接數(shù)字頻率合成芯片51產(chǎn)生一定頻率的方波信號，經(jīng)濾波電路52和電壓跟隨電路53后與石英晶體單元2的輸入端21相連，同時該信號與正交鑒相模塊6的J-K觸發(fā)器31相連，石英晶體單元2的輸出端23與正交鑒相模塊3的J-K觸發(fā)器31相連，J-K觸發(fā)器31輸出石英晶體單元2輸入與輸出信號的相位差，經(jīng)濾波電路32輸出石英晶體輸入輸出信號相位差的電平信號，電平信號經(jīng)微處理器單元1內(nèi)置16位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集，微處理器單元1根據(jù)采集量控制電容補(bǔ)償電路單元4的數(shù)字式模擬開關(guān)46,反向并聯(lián)接入石英晶體單元2不同的電容值41、42、43、……4n，微處理器單元1根據(jù)采集量控制DDS高精度信號發(fā)生器單元5輸出調(diào)整后的方波驅(qū)動信號直至同向鑒相模塊單元6輸出電平信號為零，同時石英晶體單元2輸出端23與同向鑒相模塊6的J-K觸發(fā)器61相連，經(jīng)濾波電路62輸出表征石英晶體單元2吸附被測物質(zhì)質(zhì)量的電平信號7。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明保護(hù)并不僅局限于此。任何基于本發(fā)明技術(shù)方案上的等效變換均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。