[发明专利]石英晶体微天平镀膜晶振片并联电容抵消及指示电路

说明书

本发明提供了一种石英晶体微天平镀膜晶振片并联电容抵消及指示电路，包括模拟振荡电路以及晶振片并联电容补偿及指示电路，其特征在于：所述模拟振荡电路由自动增益放大器电路、巴伦及变容二极管电路、反馈放大电路及低通滤波电路组成；所述晶振片并联电容补偿及指示电路包括增益指示电压检测电路、晶振片并联电容补偿电路以及晶振片并联电容补偿状态指示电路；所述晶振片并联电容补偿电路及所述晶振片并联电容补偿状态指示电路组成的一个闭环反馈系统。

技术领域

本发明涉及石英晶体微天平抵消及指示电路，特别涉及一种用于石英晶体微天平镀膜晶振片并联电容抵消及指示电路。

背景技术

石英晶体微天平传感器的核心传感元件是石英晶振片，该晶振一般由AT切型的石英晶片与镀在其表面的金属电极构成。石英晶体具有逆压电效应，即在石英晶体电极上施加交变电压时，石英晶体就会发生同频振动，当外加激励电压的频率与石英晶体的固有振荡频率一致时，便产生共振，此时振幅最大，振荡最为稳定，即石英晶体在电路中起到选频作用。在共振条件下，当石英晶振片表面吸附其它物质时，石英晶振片的固有频率随吸附质量的大小而改变，因而电路的共振频率也随之改变。为实现特异性检测，可以在晶振片表面修饰功能薄膜，制成镀膜晶振片。

石英晶振片的等效电路由Butterworth-van-Dyke模型给出，包含两条支路。第一条为声学支路，在电路中表现为晶振片等效电阻，等效电容及等效电感组成的串联谐振电路；第二条为电学支路，在电路中表现为纯电容(由晶振片的上下电极引入)。所有石英晶体微天平类传感器均利用石英晶振片的串联谐振频率来实现传感检测，石英晶振片并联电容的存在会导致晶体振荡频率偏离其固有串联谐振频率，进而导致测量误差的产生；尤其是镀膜晶振片对检测环境更加敏感，其并联电容更易受到扰动，因此我们必须补偿由晶振片并联电容导致的检测误差才能利用石英晶体微天平传感器实现精确的传感测量。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种石英晶体微天平镀膜晶振片并联电容抵消及指示电路，包括模拟振荡电路以及晶振片并联电容补偿及指示电路，其特征在于：所述模拟振荡电路由AD8367自动增益放大器电路、巴伦及变容二极管电路、反馈放大电路及低通滤波电路组成；所述模拟振荡电路外接传感元件镀膜石英晶振片，以闭环反馈方式维持石英晶振的稳定振荡；所述晶振片并联电容补偿及指示电路包括增益指示电压检测电路、晶振片并联电容补偿电路以及晶振片并联电容补偿状态指示电路；所述晶振片并联电容补偿电路及所述晶振片并联电容补偿状态指示电路组成的一个闭环反馈系统；所述晶振片并联电容补偿及指示电路用于检测镀膜石英晶振片的并联电容，通过调整变容二极管的反向电压来抵消该并联电容并通过一组LED指示电容的抵消状态。

优选地，所述AD8367自动增益放大器电路、巴伦及变容二极管电路、反馈放大电路及低通滤波电路构成闭环自激振荡系统。

优选地，所述震荡系统起振条件为：振幅条件为所述振荡系统的闭环增益为1，相位条件为所述振荡系统的闭环相位变化为0或2π的整数倍。

优选地，所述振幅条件通过所述AD8367自动增益放大器电路以及运算放大器AD8000控制。

优选地，所述相位条件通过利用AD8367的反相放大特性通过设计在石英晶振共振频率5MHz处相位变化为π的五阶贝塞尔低通滤波器来保证振荡电路的闭环相位变化始终为2π。

优选地，所述检测镀膜石英晶振片的并联电容的方法为通过监测AD8367自动增益放大器电路的增益指示电压。

优选地，所述监测AD8367自动增益放大器电路的增益指示电压的方法为使用正弦调制对增益指示电压进行75Hz的频率调制，锁相放大技术对增益指示电压变化幅度进行检测。