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石英晶体微天平的基本原理
发布时间2017/7/7 11:30:57 阅读次数:919次
  石英晶体微天平-基本原理 石英晶体微天平
  石英晶体微天平基本的原理是利用了石英晶体的压电效应:石英晶体内部每个晶格在不受外力作用时呈正六边形,若在晶片的两侧施加机械压力,会使晶格的电荷中心发生偏移而极化,则在晶片相应的方向上将产生电场;反之,若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形,这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,这种现象称为压电谐振。它其实与LC回路的谐振现象十分相似:当晶体不振动时,可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,一般约几个PF到几十PF;当晶体振荡时,机械振动的惯性可用电感L来等效,一般L的值为几十mH到几百mH。由此就构成了石英晶体微天平的振荡器,电路的振荡频率等于石英晶体振荡片的谐振频率,再通过主机将测的得谐振频率转化为电信号输出。由于晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关,而且可以做得精确,因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。  
  1959年Sauerbrey在假定外加持量均匀刚性地附着于QCM的金电极表面的条件下,得出了QCM的谐振频率变化与外加质量成正比的结论。对于刚性沉积物,晶体振荡频率变化△F正比于工作电极上沉积物的质量改变△M。通过这一关系式可得到QCM电极表面的质量变化。
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