1. 体声波化学传感器(QCM)

 

1  QCM上带有电极的石英晶片

QCM一般采用AT切压电石英晶体 因为它的温度系数在室温时为零QCM 装置如图1 所示 :在薄压电晶体板片表面各有一金属电极(Au Pt 沉积在压电晶片的上表面和下表面) 并与共振电路相连在晶体板上施加一共振电场时就产生了声波。厚度是这类器件中频率变化的决定因素 。当QCM 表面有物质变化时(增加或减少)都可导致器件厚度的变化进而引起共振频率的变化

2 表面声波化学传感器( SAW)

英国科学家Rayleigh 19 世纪末发现了在固体表面传播的声波即表面声波(有的文献也称为声表面波简称SAW) 近几十年来人们对SAW基本性质的认识越来越深入。1965 年美国White Voltmer发明了能在压电晶体材料表面上激励表面波的金属叉指换能器(interdigital transducer  IDT) 使得SAW的应用越来越广泛。

SAW传感器是电子技术与材料科学相结合的产物它由SAW 振荡器、敏感的界面膜材料和振荡电路组成。SAW 传感器的核心部件是SAW 振荡器由压电材料基片和沉积在基片上不同功能的叉指换能器所组成有延迟线型(DL ) 和谐振器型(R ) 两种如图2 所示:

 

2  SAW振荡器类型  

金属电极材料被蒸发或溅射到压电基片上成叉指状形成产生表面声波的部件。沿基片传播的表面声波由叉指电极激励当基片或基片上覆盖的特异薄膜材料受被测对象调制时其表面声波的工作
频率将改变并由接收叉指电极(经相反机理) 接收从而构成频率输出的传感器。1984 Wohlfjen 等首先提出了表面声波化学传感器的质量响应关系式该式与Sauerbrey 方程(4) 具有相同的形式反映了质量变化对频移的影响即振荡频率随基片或基片所覆盖的薄膜上吸附物质的质量增加而减小。由于QCM的基频只能到几十MHz SAW的基频可以达到GHz 水平因此SAW化学传感器比QCM 化学传感器更为灵敏其检测下限理论上可达fg

从上可以看出质量敏感性压电化学传感器QCMSAW的原理是传感器的敏感元件与被测物相互作用时引起振荡器自身声波参数振幅、频率、波速等的变化通过测量频率变化而获得测量量的质量P浓度信息。


2018年03月21日

质量型压电化学传感器的结构和原理

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