matlab多通道石英晶体微天平等效电路分析与仿真

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摘要单个谐振元的QCM 测量精度受温度、测量介质的粘性和流体压力等环境介质影响, 双谐振元的石英微天平可有效减小上述影响。近年来, 随着微机械加工技术的发展, 研究人员提出了一种MQCM的模型。MQCM 是在同一石英片上集成多个QCM传感器阵列, 符合传感器阵列化和微型化的发展趋势。因而，MQCM将是一种具有高性能和广泛功能的多用途传感器平台。然而，MQCM技术所面临的具有挑战性的强声干扰问题不能容易地得到解决。它不仅影响MQCM的性能，同时也制约了MQCM的小型化。在本文中，首先详细推导QCM的等效电路模型，给出模型中各参数的确定方法，并用matlab仿真了QCM等效电路在无负载情况下的等效阻抗幅频特性曲线。在此基础上，进一步分析双通道MQCM的等效电路模型，给出电极对的等效输入阻抗的表达式，最后改变双通道MQCM等效电路中相应元件的参数并运用matlab进行仿真，分析谐振元之间的耦合作用。64480

毕业论文关键词石英晶体微天平多通道等效电路模型 matlab

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Analysis And Simulation Of Multi-channel Quartz Crystal Microbalance Equivalent Circuit

Abstract A conventional MQCM(Multichannel Quartz Crystal Microbalance) utilizes a few hundreds micron thick AT-cut quartz crystal plate with an array of electrode pairs deposited on both sides.Each electrode pair regarded as a resonant element separate , equivalent to a QCM, each resonator element can independently measure different quantity. MQCM will be a versatile sensor platform with high performance and wide functionality in this way. But the measurement accuracy of MQCM is affected by the coupling between resonant elements.So analysis of the coupling between resonant elements is necessary. In this article, QCM equivalent circuit model is detailed derivation firstly,then methods for determining the parameters in this modle is given. On this basis, this article focus on the analysis of dual channel MQCM equivalent circuit model.The equivalent input impedance electrode pairs expressions is described,then specific dual-channel MQCM equivalent circuit is analyzed by using matlab simulation. Finally,simula-

tion and analysis are given when changing parameters of each element in MQCM equivalent circuit.

Keywords: MQCM（multichannel quartz crystal microbalance） Equivalent circuit model Matlab

1引言 1

1.1 本课题的研究背景 1

1.2 QCM的测量原理1

1.3 QCM的应用与发展现状 2

1.4 MQCM概述 3

1.5 MQCM的应用及未来的发展 3

1.6 本课题要研究的问题及采用的方法 3

1.7 本章小结 4

2 QCM的等效电路 5

2.1 QCM等效电路模型的建立 5

2.2 QCM等效电路的matlab仿真 8

2.3 本章小结 12

3 MQCM的等效电路及其仿真分析 12

3.1 MQCM的基本等效电路 12

3.2 两对电极的MQCM的等效电路 14

3.3 两对电极的MQCM的等效电路的MATLAB仿真分析 17

3.4改变相应的元件参数并对MQCM的等效电路进行matlab仿真分析 18

3.5本章小结27

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1 引言

多通道石英微晶体微天平(MQCM)是基于石英晶体微天平（QCM）的用于先进测量和传感的新兴技术。MQCM相当于将几个QCM集成在同一块石英晶片上，每一个谐振元都能独立测量不同的量，为此在本文中，首先对QCM进行相应的分析和研究，在此基础上进一步对MQCM进行分析和研究。

1．1 本课题的研究背景

石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance,QCM）是20世纪60年代建立起来的一种新型传感测量技术，它作为微量称量工具,可以测出 g的质量。石英晶体微天平（QCM）作为一种新型传感测量技术在传感领域具有高灵敏度，高稳定性，响应速度快，成本低等优点。单个谐振元的QCM 测量精度受温度、测量介质的粘性和流体压力等环境介质影响 , 双谐振元的石英微天平可有效减小上述影响。近年来, 随着微机械加工技术的发展, 研究人员提出了一种MQCM的模型。MQCM 是在同一石英片上集成多个QCM传感器阵列, 符合传感器阵列化和微型化的发展趋势。与QCM 相比,MQCM 能实现同一样本的多组分同时测量, 且易集成。为提高测量精度, 可设置参谐振元 , 因此MQCM 受到人们的重视。MQCM的发展导致了QCM设备的小型化，因为QCM的尺寸和间距一定是随着数组大小的增大而减小的。QCM小型化导致额外的好处，包括降低成本，样品/试剂消耗少，更快的响应和诊断时间短。此外，阵列中的QCM可以设计成具有不同的灵敏度，选择性和动态范围。因此，MQCM将是一种具有高性能和广泛功能的多用途传感器平台。