[实用新型]便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置

说明书

技术领域

本实用新型属自动化测试领域，尤其涉及一种适用于石英晶体微天平实现野外液相中物质质量测量的驱动装置。

背景技术

石英晶体微天平能够测量微小质量的变化，在生物医药、气体检测等领域已有广泛的应用。石英晶体微天平驱动装置是实现精确和稳定测量的首要条件。当前，比较成熟的石英晶体微天平驱动装置主要适用于气体检测等负载和阻尼比较小的场合，且多采用模块化的驱动装置，体积较大。将石英晶体微天平应用到液相水中实现水中物质含量的检测是当前的一个研究热点，然而液相中存在强烈的阻尼作用，石英晶体等效阻抗较大，原有驱动装置驱动能力较差，导致石英晶体在液相水中难以起振或起振不稳定。当前急需一种微型化、集成化能够在野外现场实现石英晶体测量液相水中吸附物质的质量的驱动装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，利用其可实现液相地下水、地表水中石英晶体微天平的稳定起振。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置，带有工作电源；其还包括：

一微处理器，其内置模/数转换器、FLASH存储器和用于控制信号发生器的微处理器单元；

一石英晶体单元(QCM)；

一DDS精密信号发生器单元，其由数字式频率合成器、滤波电路和信号跟随电路组成；微处理器单元I/O口输出端与直接数字式频率合成器输入端相连，该频率合成器的输出信号经滤波电路和电压跟随电路后调理为石英晶体单元的驱动信号；

一正交鉴相模块单元，其由J-K触发器、低通滤波器组成；所述石英晶体单元(QCM)输入和输出信号分别与正交鉴相模块的输入端相连，通过J-K触发器识别石英晶体单元(QCM)输入和输出信号的相位差，相位差经低通滤波器后输出对应的电压信号；

一同向鉴相模块单元，其由J-K触发器组成；石英晶体单元(QCM)输入和输出信号分别与同向鉴相模块的输入端相连，通过J-K触发器识别石英晶体单元(QCM)输入和输出信号的相位差，并输出表征被测物质质量的电平信号；

一电容补偿电路单元，其由若干20～200pF区域内不同电容值的电容和一数字式模拟开关组成，其中，所述的这些电容与石英晶体单元并联反向连接，所述的数字式模拟开关控制端与微处理器单元I/O相连；由微处理器单元控制数字式模拟开关接入不同电容值的电容，直至正交鉴相模块输出信号为零。

所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述信号发生器采用DDS信号发生器，所述微处理器单元控制该DDS信号发生器单元产生步进频率≦1Hz，频率范围≦100KHz的石英晶体单元驱动信号。

所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述石英晶体单元(QCM)为AT切型。

所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述微处理器采用MSP430处理器，其自带用于实现正交鉴相模块输出电压信号的16位模/数转换器。

所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述直接数字式频率合成器采用DDS芯片AD9854。

所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述同向鉴相模块单元采用两路鉴相模块，一路鉴相模块控制DDS信号发生器方波驱动信号的频率调节；另一路鉴相模块输出表征石英晶体吸附被测物质质量的电平信号。

所述便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中，所述工作电源采用一组5号电池。

本实用新型的优点是：

1.本便携式石英晶体微天平液相检测驱动装置中配置的负载DDS精密信号发生器单元可输出步进频率≦1Hz，频率范围≦100KHz的石英晶体单元驱动信号，精度高，电路集成度高，可实现石英晶体微天平驱动信号的微小调节，确保稳定起振；

2.本实用新型的补偿电容单元中采用若干20～200pF的电容通过数字式模拟开关与石英晶体微天平并联反向接入，可方便调节直至正交鉴相模块输出信号为零，功耗低；

3.本实用新型基于正交鉴相模块判断石英晶体微天平输入和输出信号的相位差，输出与相位差对应的电压信号，精度高；

4.本实用新型采用高集成度的微处理器芯片、DDS信号发生器(DDS直接合成信号发生芯片)和鉴相模块等，可以大大简化电路的复杂程度，大幅度提高电路的集成度，体积较小，适用于野外便携式快速测量的应用。

附图说明

图1为本实用新型系统构成原理示意框图。

图中：