The invention discloses a high sensitivity micro quality testing methods and quality of portable testing device, the micro quality testing method: after micro mass sensor resonant frequency within a certain range of a specific frequency for the detection of frequency, micro mass sensor equivalent circuit impedance difference in detection frequency measurement quality before and after loading, through the calculation of micro quality difference conversion loading. A portable micro quality testing device using the method comprises a micro mass sensor, a signal generation module and an impedance reading module, wherein the micro mass sensor is a piezoelectric cantilever beam sensor. Compared with the measuring method of the invention the method of frequency measurement sensitivity is improved by more than 100 times, the measuring principle is simple, the equipment required low price, portability, and can be widely used in air pollution, dust pollution, leakage of hazardous chemicals and microorganisms such as bacteria or viruses and other small micro quality precision measurement.
【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度微质量测试方法及便携式质量测试装置
本专利技术涉及便携式探测传感器
,具体说是一种高灵敏度微质量测试方法及便携式质量测试装置。
技术介绍
压电悬臂梁式微质量传感器是一种集激励、传感于一体的新型传感器,已广泛应用于空气粉尘、微生物病菌的检测与识别等领域。压电悬臂梁传感器由压电薄膜和弹性元件两部分组成。目前,微质量的测量主要通过频率偏移检测的方法实现,其工作原理是将探测区吸附的微小质量变化转化为谐振频率的变化,根据吸附质量前后的频率差推导出微质量变化,即Δm=-ΔfMe/fn,其中fn为对应第n阶模态的结构谐振频率,Me为悬臂梁等效质量,Δm为被探测物质量,Δf为谐振频率变化量。大量现有技术以频差法为基础,例如,美国专利US6389877B1,WO2005/043126A2国内专利CN1250156A,CN2011101177772,CN201110216323.0,ZL2013100145951,ZL2013103177028等均通过测量不同的悬臂结构的频率差来识别微小质量。另外,文献“Highermodesofvibrationincreasemasssensitivityinnanomechanicalmicrocantilevers”和“Analternativesolutiontoimprovesensitivityofresonantmicrocantileverchemicalsensors:comparisonbetweenusinghigh-ordermodesandreducingdimensions”根据频差法测量原理可 ...
【技术保护点】
一种高灵敏度微质量测试方法,其特征在于:以微质量传感器谐振频率前后一定范围内一特定频率为检测频率,由加载质量前、后微质量传感器阻抗变化,通过计算得到加载的微质量大小,其步骤包括:S1、以微质量传感器振频率前后一定范围内一特定频率为检测频率,测量加载质量前、后的检测电路输出电压;S2、计算输出电压的变化通过运算处理得到加载质量前、后微质量传感器阻抗变化;S3、根据该检测频率下微质量传感器阻抗变化与加载质量之间的线性关系,通过计算得到加载质量大小。
【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度微质量测试方法,其特征在于:以微质量传感器谐振频率前后一定范围内一特定频率为检测频率,由加载质量前、后微质量传感器阻抗变化,通过计算得到加载的微质量大小,其步骤包括:S1、以微质量传感器振频率前后一定范围内一特定频率为检测频率,测量加载质量前、后的检测电路输出电压;S2、计算输出电压的变化通过运算处理得到加载质量前、后微质量传感器阻抗变化;S3、根据该检测频率下微质量传感器阻抗变化与加载质量之间的线性关系,通过计算得到加载质量大小。2.一种基于权利要求1所述微质量测试方法的便携式微质量测试装置,其特征在于:其包括微质量传感器、信号发生模块、检测电路和阻抗读取模块;所述微质量传感器为压电悬臂梁传感器,其包括固定块、连接于固定块的悬臂梁和粘贴于悬臂梁上且与悬臂梁等宽的压电片,所述压电片长度小于悬臂梁长度,所述悬臂梁与压电片结合构成悬臂梁与压电片复合段,悬臂梁未与压电片结合部分为悬臂梁延伸段;所述信号发生模块包括信号发生电路和电源放大器,所述电源放大器输出端与所述微质量传感器的压电片引出线连接,所述压电片与电阻R串联后与附加电容Cp并联;所述阻抗读取模块并联与附加电容Cp两端。3.根据权利要求2所述的微质量测试装置,其特征在于:所述微质量传感器各阶谐振频率为其中,为所述悬臂梁与压电片复合段振幅函数;为所述悬臂梁延伸段振幅函数;l1为悬臂梁与压电片复合段长度;l2为悬臂梁延伸段长度;m1=(ρptp+ρnptnp)w;m2=ρnptnpw;Ep为所述压电片的弹性模量;tp为所述压电片的厚度;ρp为所述压电片的密度;Enp为所述悬臂梁的弹性模量;tnp为所述悬臂梁的厚度;ρnp为所...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵剑,高仁璟,张淑敏,温芯,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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