一种微量质量传感器信号检测电路制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种微量质量传感器信号检测电路
本专利技术涉及信号检测领域，具体为一种微量质量传感器信号检测电路。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服
技术介绍
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。本专利技术的技术方案如下：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。所述传感器参考通道的第二金属叉指一端电极与地相连，另一端电极与移相电路输入端连接，移相电路输出端和放大器输入端连接，放大器输出端同时与第一金属叉指一端电极、第三金属叉指一端电极和信号检测单元中的第一放大整形电路输入端连接。第一金属叉指另一端电极与地相连。传感器传感通道的第三金属叉指另一端电极与地相连，第四金属叉指一端电极和信号检测单元中的第二放大整形电路输入端连接，另一端电极和地相连。所述信号检测单元包括第一放大整形电路、第二放大整形电路、分频器、D触发器、计数器、微控制器、控制开关K1～Kn、以及信号延迟器件D1～Dn，其中，n为大于1的自然数。所述第一放大整形电路和信号延迟器件D1～Dn采用串联连接，即第一放大整形电路的输出端和信号延迟器件D1的输入端连接，信号延迟器件D1的输出端与信号延迟器件D2的输入端连接，信号延迟器件Dn-1的输出端与信号延迟器件Dn的输入端连接，信号延迟器件Dn的输出端连接到D触发器的时钟输入端。第二放大整形电路的输出端同时连接至D触发器的数据输入端和分频器的输入端，分频器的输出端连接至计数器的时钟输入端，D触发器的反向数据输出端连接至计数器的计数端。计数器的数据输出端Q1～Qn分别连接至控制开关K1～Kn，同时将计数器的数据输出端Q1～Qn分别连接到微控制器的输入输出端口S1～Sn。微控制器的其中一输入输出端口控制引脚连接计数器的计数清零引脚。控制开关K1两端分别连接至信号延迟器件D1的输入端和输出端，控制开关K2两端分别连接至信号延迟器件D2的输入端和输出端，控制开关Kn-1两端分别连接至信号延迟器件Dn-1的输入端和输出端，控制开关Kn两端分别连接至信号延迟器件Dn的输入端和输出端,即控制开关K1～Kn分别控制信号延迟器件D1～Dn的输入端信号是否通过对应的信号延迟器件，需要通过时断开对应的控制开关，不需要通过时闭合对应的控制开关，将对应的信号延迟器件短路。所述信号延迟器件D1～Dn由反向器、或者与非门、或者缓冲器实现，但不限于上述器件。所述分频器、D触发器、计数器、微控制器和信号延迟器件D1～Dn可由离散器件实现，也可由可编辑逻辑器件FPGA或者CPLD实现。所述传感器与信号输出单元的传感器参考通道通过第一金属叉指、第二金属叉指、移相电路和放大器组成振荡电路，产生的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，第四金属叉指接收到的信号作为传感输出信号。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第四金属叉指输出信号的相位跟踪。传感器传感通道敏感区的质量变化和计数器数据输出端输出的值保持比例关系，通过微控制器读取计数器数据输出端输出的值即可得到传感通道敏感区的质量变化。附图说明附图1为一种微量质量传感器信号检测原理框图；附图2为一种微量质量传感器信号检测电路原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，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1和信号检测单元2。传感器与信号输出单元1输出端和信号检测单元2输入端相连。如图2所示，所述传感器与信号输出单元1包括第一金属叉指IDT1、第二金属叉指IDT2、第三金属叉指IDT3、第四金属叉指IDT4、压电基底12、放大器IC1、移相电路C3、敏感区11。其中，第一金属叉指IDT1和第二金属叉指IDT2组成传感器参考通道，第三金属叉指IDT3和第四金属叉指IDT4组成传感通道，传感器参考通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微量质量传感器信号检测电路，其特征在于：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。/n

【技术特征摘要】
1.一种微量质量传感器信号检测电路，其特征在于：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。


2.根据权利要求1所述的一种微量质量传感器信号检测电路，其特征在于：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。


3.根据权利要求2所述的一种微量质量传感器信号检测电路，其特征在于：所述传感器参考通道的第二金属叉指一端电极与地相连，另一端电极与移相电路输入端连接，移相电路输出端和放大器输入端连接，放大器输出端同时与第一金属叉指一端电极、第三金属叉指一端电极和信号检测单元中的第一放大整形电路输入端连接；第一金属叉指另一端电极与地相连；传感器传感通道的第三金属叉指另一端电极与地相连，第四金属叉指一端电极和信号检测单元中的第二放大整形电路输入端连接，另一端电极和地相连。


4.根据权利要求1所述的一种微量质量传感器信号检测电路，其特征在于：所述信号检测单元包括第一放大整形电路、第二放大整形电路、分频器、D触发器、计数器、微控制器、控制开关K1～Kn、以及信号延迟器件D1～Dn，其中，n为大于1的自然数。


5.根据权利要求4所述的一种微量质量传感器信号检测电路，其特征在于：所述第一放大整形电路和信号延迟器件D1～Dn采用串联连接，即第一放大整形电路的输出端和信号延迟器件D1的输入端连接，信号延迟器件D1的输出端与信号延迟器件D2的输入端连接，信号延迟器件Dn-1的输出端与信号延迟器件Dn的输入端连接，信号延迟器件Dn的输出端连接到D触发器的时钟输入端；第二放大整形电路的输出端同时连接至D触发器的数据输入端和分频器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希，刘洋，陈赵江，王晖，蔡建程，丁宇，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33