便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，带有电源；其还包括：一微处理器；一石英晶体单元；一DDS精密信号发生器单元；一正交鉴相模块单元；所述石英晶体单元输入和输出信号分别与正交鉴相模块的输入端相连；一同向鉴相模块单元，石英晶体单元输入和输出信号分别与同向鉴相模块的输入端相连；一电容补偿电路单元，其由若干20～200pF区域内不同电容值的电容和一数字式模拟开关组成，所述数字式模拟开关控制端与微处理器单元I/O相连；由微处理器单元控制数字式模拟开关接入不同电容值的电容。利用本装置可实现液相地下水、地表水中石英晶体微天平的稳定起振，且功耗低、集成度高，适于野外便携式快速测量的应用。

Portable quartz crystal microbalance liquid phase detection driving device

The utility model discloses a portable quartz crystal microbalance detection in liquid phase driving device with power supply; it also includes a microprocessor; a quartz crystal unit; a DDS precision signal generator unit; a quadrature demodulation module; the quartz crystal unit input and output signals with orthogonal phase input module connected together; to phase module, quartz crystal unit input and output signals are respectively connected with the input end of the phase to the module; a capacitance compensation circuit unit, which is composed of a plurality of ~ 20 capacitor with different capacitance values in the 200pF region and a digital analog switch, the digital analog switch control end is connected with the microprocessor unit I/O; microprocessor control unit capacitance to digital analog switch access different capacitance. The utility model can realize the stable starting vibration of the quartz crystal microbalance in the liquid phase ground water and the surface water, and has the advantages of low power consumption and high integration.

【技术实现步骤摘要】

本技术属自动化测试领域，尤其涉及一种适用于石英晶体微天平实现野外液相中物质质量测量的驱动装置。
技术介绍
石英晶体微天平能够测量微小质量的变化，在生物医药、气体检测等领域已有广泛的应用。石英晶体微天平驱动装置是实现精确和稳定测量的首要条件。当前，比较成熟的石英晶体微天平驱动装置主要适用于气体检测等负载和阻尼比较小的场合，且多采用模块化的驱动装置，体积较大。将石英晶体微天平应用到液相水中实现水中物质含量的检测是当前的一个研究热点，然而液相中存在强烈的阻尼作用，石英晶体等效阻抗较大，原有驱动装置驱动能力较差，导致石英晶体在液相水中难以起振或起振不稳定。当前急需一种微型化、集成化能够在野外现场实现石英晶体测量液相水中吸附物质的质量的驱动装置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，利用其可实现液相地下水、地表水中石英晶体微天平的稳定起振。为实现上述目的，本技术采取以下设计方案：一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，带有工作电源；其还包括：一微处理器，其内置模/数转换器、FLASH存储器和用于控制信号发生器的微处理器单元；一石英晶体单元(QCM)；一DDS精密信号发生器单元，其由数字式频率合成器、滤波电路和信号跟随电路组成；微处理器单元I/O口输出端与直接数字式频率合成器输入端相连，该频率合成器的输出信号经滤波电路和电压跟随电路后调理为石英晶体单元的驱动信号；一正交鉴相模块单元，其由J-K触发器、低通滤波器组成；所述石英晶体单元(QCM)输入和输出信号分别与正交鉴相模块的输入端相连，通过J-K触发器识别石英晶体单元(QCM)输入和输出信号的相位差，相位差经低通滤波器后输出对应的电压信号；一同向鉴相模块单元，其由J-K触发器组成；石英晶体单元(QCM)输入和输出信号分别与同向鉴相模块的输入端相连，通过J-K触发器识别石英晶体单元(QCM)输入和输出信号的相位差，并输出表征被测物质质量的电平信号；一电容补偿电路单元，其由若干20～200pF区域内不同电容值的电容和一数字式模拟开关组成，其中，所述的这些电容与石英晶体单元并联反向连接，所述的数字式模拟开关控制端与微处理器单元I/O相连；由微处理器单元控制数字式模拟开关接入不同电容值的电容，直至正交鉴相模块输出信号为零。所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述信号发生器采用DDS信号发生器，所述微处理器单元控制该DDS信号发生器单元产生步进频率≦1Hz，频率范围≦100KHz的石英晶体单元驱动信号。所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述石英晶体单元(QCM)为AT切型。所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述微处理器采用MSP430处理器，其自带用于实现正交鉴相模块输出电压信号的16位模/数转换器。所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述直接数字式频率合成器采用DDS芯片AD9854。所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述同向鉴相模块单元采用两路鉴相模块，一路鉴相模块控制DDS信号发生器方波驱动信号的频率调节；另一路鉴相模块输出表征石英晶体吸附被测物质质量的电平信号。所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述工作电源采用一组5号电池。本技术的优点是：1.本便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中配置的负载DDS精密信号发生器单元可输出步进频率≦1Hz，频率范围≦100KHz的石英晶体单元驱动信号，精度高，电路集成度高，可实现石英晶体微天平驱动信号的微小调节，确保稳定起振；2.本技术的补偿电容单元中采用若干20～200pF的电容通过数字式模拟开关与石英晶体微天平并联反向接入，可方便调节直至正交鉴相模块输出信号为零，功耗低；3.本技术基于正交鉴相模块判断石英晶体微天平输入和输出信号的相位差，输出与相位差对应的电压信号，精度高；4.本技术采用高集成度的微处理器芯片、DDS信号发生器(DDS直接合成信号发生芯片)和鉴相模块等，可以大大简化电路的复杂程度，大幅度提高电路的集成度，体积较小，适用于野外便携式快速测量的应用。附图说明图1为本技术系统构成原理示意框图。图中：1-微处理器单元；2-石英晶体单元；21-输入端接口；22-石英晶体；23-输出端接口；3-正交鉴相模块；31-J-K触发器；32-滤波电路；4-电容补偿电路单元；41、42、43……4n-若干电容；5-DDS高精度信号发生器单元；51-直接数字频率合成芯片；52-滤波电路；53-电压跟随器电路；6-同向鉴相模块单元；61-J-K触发器；62-滤波电路；7-电平信号。下面结合附图及具体实施例对本技术做进一步详细说明。具体实施方式参阅图1所示，本技术便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置主要包括六大部分：微处理器单元1、石英晶体单元2、正交鉴相模块3、电容补偿电路单元4、DDS高精度信号发生器单元5、同向鉴相模块单元6，其中，同向鉴相模块6输出表征石英晶体单元2吸附被测物质质量的电平信号7，并带有为各单元提供工作电压的电源。所述的电容补偿电路单元4包括：数字式模拟开关46和若干电容41、42、43……4n，其中若干电容为具有各不相同电容值的电容，各电容的取值范围为20～200pF。图1所示实施例中，数字式模拟开关46输入端与微处理器单元1的I/O口相连，若干组电容41、42、43……4n分别反向与石英晶体单元2并联，由数字式模拟开关46输出端实施控制，以接入不同电容值的电容。所述的微处理器单元1可以采用高集成度MSP430处理器，内部集成多路采集、实时时钟和大容量存储器等功能。其自带的16位AD转换器用于转换经正交鉴相模块输出的表征石英晶体输入输出信号相位差的电平信号。所述的石英晶体单元2为AT切型石英晶体微天平，包括输入端接口21、石英晶体22和输出端接口23。所述正交鉴相模块单元3包括J-K触发器31、滤波电路32。图1所示实施例中，石英晶体输入端21和石英晶体输出端23分别接入J-K触发器31，石英晶体单元1输入和输出端信号的相位差经滤波电路32后输出相应的电平值，电平信号由微处理器单元1内置的16为模数转换器采集。所述的DDS(DirectDigitalSynthesizer)高精度信号发生器单元5主要包括直接数字频率合成器51、滤波电路52和电压跟随器电路53，图1所示实施例中，微处理器单元1的I/O口与直接数字频率合成芯片51相连，控制51输出一定频率的方波信号，方波信号经滤波电路52和电压跟随器电路53后与石英晶体输入端21连接，驱动石英晶体22。所述的直接数字频率合成器51可以采用DDS直接合成信号发生芯片AD9854。所述正交鉴相模块单元6包括J-K触发器61和滤波电路62。图1所示实施例中，石英晶体单元2输出端23与J-K触发器61相连，61输出信号经滤波电路62后输出表征石英晶体单元2吸附物质质量的电平信号7。所述工作电源采用一组5号电池，可以是4节5号的普通电池或4节5号碱性电池。所述一种实现石英晶体微天平(QCM)液相检测的驱动装置工作原理为：首先通过微处理器单元1控制DDS高精度信号发生器单元5中的直接数字频率合成芯片51产生一定频率的方波信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，带有工作电源；其特征在于还包括：一微处理器，其内置模/数转换器、FLASH存储器和用于控制信号发生器的微处理器单元；一石英晶体单元QCM；一DDS精密信号发生器单元，其由数字式频率合成器、滤波电路和信号跟随电路组成；微处理器单元I/O口输出端与直接数字式频率合成器输入端相连，该频率合成器的输出信号经滤波电路和电压跟随电路后调理为石英晶体单元的驱动信号；一正交鉴相模块单元，其由J‑K触发器、低通滤波器组成；所述石英晶体单元QCM输入和输出信号分别与正交鉴相模块的输入端相连，通过J‑K触发器识别石英晶体单元QCM输入和输出信号的相位差，相位差经低通滤波器后输出对应的电压信号；一同向鉴相模块单元，其由J‑K触发器组成；石英晶体单元QCM输入和输出信号分别与同向鉴相模块的输入端相连，通过J‑K触发器识别石英晶体单元QCM输入和输出信号的相位差，并输出表征被测物质质量的电平信号；一电容补偿电路单元，其由若干20～200pF区域内不同电容值的电容和一数字式模拟开关组成，其中，所述的这些电容与石英晶体单元并联反向连接，所述的数字式模拟开关控制端与微处理器单元I/O相连；由微处理器单元控制数字式模拟开关接入不同电容值的电容，直至正交鉴相模块输出信号为零。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，带有工作电源；其特征在于还包括：一微处理器，其内置模/数转换器、FLASH存储器和用于控制信号发生器的微处理器单元；一石英晶体单元QCM；一DDS精密信号发生器单元，其由数字式频率合成器、滤波电路和信号跟随电路组成；微处理器单元I/O口输出端与直接数字式频率合成器输入端相连，该频率合成器的输出信号经滤波电路和电压跟随电路后调理为石英晶体单元的驱动信号；一正交鉴相模块单元，其由J-K触发器、低通滤波器组成；所述石英晶体单元QCM输入和输出信号分别与正交鉴相模块的输入端相连，通过J-K触发器识别石英晶体单元QCM输入和输出信号的相位差，相位差经低通滤波器后输出对应的电压信号；一同向鉴相模块单元，其由J-K触发器组成；石英晶体单元QCM输入和输出信号分别与同向鉴相模块的输入端相连，通过J-K触发器识别石英晶体单元QCM输入和输出信号的相位差，并输出表征被测物质质量的电平信号；一电容补偿电路单元，其由若干20～200pF区域内不同电容值的电容和一数字式模拟开关组成，其中，所述的这些电容与石英晶体单元并联反向连接，所述的数字式模拟开关控制端与微处理器单元I/O相连；由微处理器单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵学亮，魏光华，李康，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，
类型：新型
国别省市：河北;13