传感器装置的晶体基片设置一分离沟,用于降低相邻电极间振动能的耦合。通过这种构造,在分离沟内衰减掉电极间振动能的漏泄,并且允许进行稳定的测量,同时缩短电极间距离。

      晶体基片具有电极形成部分比周边部分还薄的结构。通过这种构造,提高了基片的机械强度以确保其支撑,而且通过减小电极部分的厚度能够把它用在高频范围。
      传感器装置包括传感器主体(其中应用高频薄晶体基片的电极形成部分比周边部分的厚度还薄),和由晶体基片或石英基片制成的基片支撑(其厚度小于传感器装置主体,并且其上粘结了传感器装置主体)
      在本传感器装置内可以用具有大机械耦合系数的Langasite(镧镓硅系)晶体取代晶体基片。(1实施例)1a1b分别示出第1实施例的多通道QCM传感器装置结构的俯视图和侧视图。
      晶体基片由呈四方形具有均匀厚度的AT切晶体构成。晶体基片10的前面和背面通过溅射法分别形成圆形电极11A12A13A14A11B12B13B14B(每一电极由金或铂构成),各电极11A-14A11B-14B分别用引线15A-18A15B-18B引出到围绕晶体基片的相应的接线端。
      另外,晶体基片10的厚度按照主谐振频率f0(5MHz10MHz)由式(1)和式(2)决定。此外,每一电极的面积作为决定前式(3)-(5)灵敏度的因素被决定。
      为了用这种构造传感器装置构成QCM传感器,采用与前述图17同一方式,前面或背面之一浸没在试料内。浸没在该试料内的一侧电极11A-14A的前面或背面之一上形成与从试料要检测和定量分析的成份相应的各不相同的接收器。例如,把用来检测和定量分析麻疹病毒的抗麻疹病毒抗体固定在电极11A上,把用来检测和定量分析流感抗体的流感抗原固定在对置的电极11B上。
      此外,各电极11A-14A11B-14B的引出端连接到个别的振荡电路或阻抗测量电路上,或者以时分模式换接到一个振荡电路或阻抗测量电路,因此当电极浸没在试料内时振荡频率或阻抗的变化要逐个测量。
      在上述安排的传感器装置以及使用该传感器装置的QCM传感器中,各电极11A-14A浸没在同一试料内,然而,可以用一个样品一次检测和定量分析各电极的不同的成分。在图1a和图1b所示构成的情况下,可以检测和定量分析一个样品的四种成分。
      因为不需要传统的多通道型QCM传感器的探头移动操作,所以能够实现不改变测量条件的稳定测量。此外,装置结构就归结成仅仅连接传感器装置和测量装置的简单结构。

      因为如图1a1b所示的多通道结构的传感器结构内可以充分设想会在相邻的电极之间引起振动能的耦合,因此每个电极之间必须充分隔离。有关由石英晶体上形成的电极产生的能量约束条件,William Shokley等曾进行过详细的分析。
      在第2实施例,电极膜厚取足够厚,以便不会产生相邻电极之间相互干涉,使主振荡充分约束在电极上,相邻电极之间的距离限制为大于图2所列表的数值。
      另外,在图2的表上L/t的比值是从电极一端到相邻电极一端的距离L对晶体的厚度t的比值,并且规定该距离为可获得足够机械振动衰减的距离。在第2实施例,在圆形电极情况下上述L/t比等于或大于20
在这个条件下使用传感器装置的QCM传感器,可以实现在相邻电极间无相互干涉的高精度测量,而且可以使传感器装置整体尺寸降低到最小。
       如上所示,为了消除第1实施例所示多通道QCM传感器装置情况下的相互干涉,在各电极之间必须提供足够的极间距离。因此使传感器装置整体尺寸变大,此外,尽管距离降低到最小,尺寸的限制仍然处于第2实施例所述的范围内。
      图3示出第3实施例传感器的侧视图。
      在第3实施例,在电极之间设置了约束振动能的各分离沟20。因此可以降低各通道之间机械振动的的漏泄。

      通过设置各分离沟20可实现被测频率的稳定。图4示出对于没有分离沟和带有分离沟20的传感器装置,反复测量被测频率的偏差。可以看到具有分离沟的传感器装置的偏差降低。

      因此,由于每一分离沟20起着强制地使机构振动衰减的作用,所以与第1和第2实施例的传感器装置相比可以缩短电极间距离,可以实现传感器尺寸的小型化。
      此外,QCM传感器在溶液系统内应用的情况下,对晶体基片用图17所示的O型环实施防水处理。存在晶体基片变形的可能性,使得由于O型环对无分离沟的晶体基片的压力引起振荡频率(向着更高频率)偏移。然而在第3实施例指出每一分离沟能够有效地对如上所示这种现象起作用,使得不产生频率偏移。 
      必须注意虽然本实施例可以用于第1实施例的多通道结构,然而通过第3实施例结构与第2实施例中所述条件的组合能够确保减小相互干涉。

2018年08月22日

QCM传感器干扰因素排除

QCM石英晶体传感器往往因为干扰因素使得数据失真,我们必须采取各种办法减小干扰的影响。

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