一种石英晶体微天平驱动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器检测技术领域，尤其涉及一种石英晶体微天平驱动装置。
【背景技术】
[0002]石英晶体具有较高的频率，且在其表面附着轻微物质质量时，就能够引起频率的变化。因此，可以检测出极微小的质量变化，广泛应用于生物分子的相互作用、蛋白质等大分子材料的表面吸附、病菌检测、电化学以及空气卫生质量检测等众多领域。石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance，QCM)是利用石英晶体的压电效应，将吸附在石英晶体电极表面的吸附物质量、液体粘稠度变化转化为可测量的频率信号的精密检测仪器，具体的转化过程通过石英晶体微天平驱动装置实现。但当前的驱动装置存在振荡不稳定、甚至停振的问题，从而导致石英晶体微天平测量误差较大，测量精度低。
【实用新型内容】
[0003]针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种石英晶体微天平驱动装置，将该装置应用于石英晶体微天平，能够驱动石英晶体产生稳定的振荡，并输出振幅稳定的振荡电压至微控制单元，从而将石英晶体电极表面的吸附物质量、液体粘稠度信息转换为频率信号输出，保证了石英晶体微天平测量的精确性和灵敏度。
[0004]为达此目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]一种石英晶体微天平驱动装置，包括:振荡驱动单元、频率采集单元和微控制单元；
[0006]所述振荡驱动单元外接石英晶体，用于使石英晶体产生稳定的振荡，并输出振荡电压，具体包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、滤波器、自动增益控制单元和晶体振荡器，所述第一运算放大器、第二运算放大器输入端均外接石英晶体，输出端依次经第三运算放大器、第四运算放大器、滤波器、自动增益控制单元和晶体振荡器反馈回第一运算放大器和第二运算放大器；
[0007]所述频率采集单元与振荡驱动单元电连接，用于使振荡驱动单元输出的振荡电压波形符合微控制单元读取要求，并将其输出到微控制单元；
[0008]所述微控制单元与频率采集单元电连接，用于读取频率采集单元输出的振荡电压，获得石英晶体振荡频率。
[0009]特别地，所述显示单元与微控制单元电连接，用于显示微控制单元获得的石英晶体振荡频率。
[0010]特别地，所述温度控制单元与微控制单元电连接，用于控制石英晶体微天平的工作温度。
[0011]本实用新型提出的一种石英晶体微天平驱动装置，振荡驱动单元驱动石英晶体产生稳定的振荡并输出振荡电压，频率采集单元使振荡电压波形符合微控制单元读取要求，并将其输出到微控制单元，微控制单元对其进行读取，获得石英晶体振荡频率，从而将石英晶体电极表面的吸附物质量、液体粘稠度信息转换为频率信号输出。该驱动装置能有效提高石英晶体微天平测量的精确性和灵敏度，并具有结构简单、带负载能力强、能够很好地适应气相和液相环境的特点。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型实施例提供的石英晶体微天平驱动装置结构框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0014]实施例一
[0015]请参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的石英晶体微天平驱动装置结构框图。
[0016]本实施例中，石英晶体微天平驱动装置包括振荡驱动单元10、频率采集单元108、微控制单元109、显示单元110和温度控制单元111。其中，所述驱动单元10具体包括:第一运算放大器101、第二运算放大器102、第三运算放大器103、第四运算放大器104、滤波器105、自动增益控制单元106和晶体振荡器107。
[0017]所述第一运算放大器101和第二运算放大器102均采用0PA2890芯片，其输入端均外接石英晶体，输出端连接第三运算放大器103输入端。0PA2890是一款稳定的单位增益电压反馈放大器，可以提供仅在电路反馈放大器中可见的电压转换率和全功率带宽，是理想的RGB现行驱动器和模拟-数字转换器输出驱动。其带宽范围远远高于石英晶体的工作频率范围，故对电路的相位移动影响很小，可以忽略不计。同时，其内部集成了两个放大器件，所以具有很好的共模抑制比，能够有效地减少噪声，提高电路的工作效率与稳定性。所述第一运算放大器101和第二运算放大器102驱动石英晶体工作，产生稳定的振荡，同时消除振荡过程中产生的部分噪声。
[0018]所述第三运算放大器103和第四运算放大器104均采用AD8008芯片，AD8008是一款双通道、高性能、电流反馈型运算放大器，具有超低失真和低噪声的特性，AD8008芯片工作在差分放大模式，所述第一运算放大器101和第二运算放大器102输出的振荡信号分别经第三运算放大器103和第四运算放大器104做减法，将石英晶体产生的信号进行放大，同时产生180度的相位移动，从而保证振荡电路的工作频率由石英晶体控制。
[0019]所述滤波器105采用巴特沃斯型滤波器，其在通带内频率曲线变化幅度小，所述第四运算放大器104输出的振荡信号经滤波器105滤除了带宽范围以外的杂波，获得石英晶体的振荡波形。
[0020]所述自动增益控制单元106采用AD603芯片，AD603是一款具有90Mhz带宽可调增益的压控放大器，根据输入信号的变化调节反馈信号的大小，进而实现自动控制的目的，实现控制电路稳定输出，而不改变整个系统的频率。所述滤波器105输出的振荡信号经自动增益控制单元106自动进行增益调节，从而满足石英晶体稳定振荡的相位条件，产生稳定的振荡信号。
[0021]所述晶体振荡器107将自动增益控制单元106输出的振荡信号反馈回第一放大电路1I和第二放大电路102，从而形成闭环控制。
[0022]所述频率采集单元108采用LTC6244芯片，LTC6244是一款双通道、低噪声、单位增益稳定的CMOS运算放大器，具有50Mhz的增益宽带、低输入电容和轨至轨输出摆幅。所述自动增益控制单元106输出的振荡信号经频率采集单元108后，其波形符合微控制单元109读取要求，输出到微控制单元109。
[0023]所述微控制单元109采用STC12C5A60S2芯片，STC12C5A60S2是一种新型的单片机，具有单时钟/机器周期的特点，指令系统与51系列单片机兼容，具有60KB的数据存储能力，工作频率可以达到30Mhz，是传统51单片机效率的30倍。所述微控制单元109接收频率采集单元108输出的振荡信号，读取频率采集单元108输出的振荡电压，通过内部计算获得石英晶体振荡频率。
[0024]所述显示单元110采用IXD显示屏，显示微控制单元109获得的振荡频率。
[0025]所述温度控制单元111对石英晶体微天平的工作温度进行控制，达到恒温的目的，保证信号采集的稳定性。
[0026]本实用新型的技术方案，通过振荡驱动单元驱动石英晶体产生稳定的振荡并输出振荡电压，频率采集单元使振荡电压波形符合微控制单元读取要求，并将其输出到微控制单元，微控制单元对其进行读取，获得石英晶体振荡频率，从而将石英晶体电极表面的吸附物质量、液体粘稠度信息转换为频率信号输出。该驱动装置能有效提高石英晶体微天平测量的精确性和灵敏度，并具有结构简单、带负载能力强、能够很好地适应气相和液相环境的特点。
[0027]注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种石英晶体微天平驱动装置，其特征在于，包括:振荡驱动单元、频率采集单元和微控制单元； 所述振荡驱动单元外接石英晶体，用于使石英晶体产生稳定的振荡，并输出振荡电压，具体包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、滤波器、自动增益控制单元和晶体振荡器，所述第一运算放大器、第二运算放大器输入端均外接石英晶体，输出端依次经第三运算放大器、第四运算放大器、滤波器、自动增益控制单元和晶体振荡器反馈回第一运算放大器和第二运算放大器； 所述频率采集单元与振荡驱动单元电连接，用于使振荡驱动单元输出的振荡电压波形符合微控制单元读取要求，并将其输出到微控制单元； 所述微控制单元与频率采集单元电连接，用于读取频率采集单元输出的振荡电压，获得石英晶体振荡频率。2.根据权利要求1所述的石英晶体微天平驱动装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元与微控制单元电连接，用于显示微控制单元获得的石英晶体振荡频率。3.根据权利要求1所述的石英晶体微天平驱动装置，其特征在于，还包括温度控制单元，所述温度控制单元与微控制单元电连接，用于控制石英晶体微天平的工作温度。
【专利摘要】本实用新型公开了一种石英晶体微天平驱动装置，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、滤波器、自动增益控制单元、晶体振荡器、频率采集单元和微控制单元。将本实用新型所述石英晶体微天平驱动装置应用于石英晶体微天平，通过振荡驱动单元驱动石英晶体产生稳定的振荡并输出振荡电压，频率采集单元使振荡电压波形符合微控制单元读取要求，并将其输出到微控制单元，微控制单元对其进行读取，获得石英晶体振荡频率，从而将石英晶体电极表面的吸附物质量、液体粘稠度信息转换为频率信号输出，有效提高石英晶体微天平测量的精确性和灵敏度，并具有结构简单、带负载能力强、能够很好地适应气相和液相环境的特点。
【IPC分类】G01G23/00, G01N5/00, G01G3/16
【公开号】CN205301114
【申请号】
【发明人】王显波, 王天雄, 周禄雄, 饶绍兵
【申请人】四川省三台水晶电子有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月30日