matlab多通道石英晶体微天平等效电路分析与仿真(3)

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1.5 MQCM的应用及未来的发展

单片多通道石英晶体微天平(MQCM)是一个用于先进测量和传感的新兴技术。由QCM阵列组成的MQCM遥感平台广泛应用与各种类型的检测和测量应用。

MQCM作为一个静态多通道检测器，它主要应用与气传感器（或电子鼻子）以及觉传感器（或电子舌头）；多个MQCM在流动注射分析中作为一个多通道探测器；MQCM中的多个QCM可以设计成工作在不同的频率，从而多频的QCM作为多灵敏度和多动态范围检测器。

MQCM潜在的应用前景：MQCM技术的进步对于推动众多基于QCM的传感和测量技术的发展具有重大作用，基于MQCM的QCM技术在传感领域的主要优势在于实时多分析物的无标记检测，多灵敏度范围传感和环境补偿能力。

1.6本课题要研究的问题及采用的研究方法

主要研究的问题：

QCM在传感领域的主要优点包括高灵敏度，高稳定性，响应速度快，成本低，另外，它为生物传感应用程序提供了无标签检测能力。然而，面对许多遥感应用在环境变化程度很大的情况下，它的性能仍然不能令人满意。因此人们提出了MQCM的概念。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。此外，它还依赖于MQCM移动设备的几个参数，包括相邻电极之间的间距，每个电极的几何形状，尺寸和厚度，石英基板的机械和压电特性以及电极材料的机械性能。因此，MQCM研究内容包括：MQCM的分析，构建合理的模型以完善MQCM的设计以及对MQCM模型进行仿真并分析其干扰特性。

拟采用的研究途径：

（1）对相关文献进行调研，在此基础上学习掌握多通道石英晶体微天平的原理和结构以及设计方法。

（2）关于MQCM的等效电路，首先分析QCM的等效电路，在此基础上进一步推导出MQCM的等效电路。

（3）利用matlab搭建电路模型后进行仿真，分析仿真结果，若存在问题则进一步修改模型参数，最后得到合理结果。

本论文使用MATLAB对MQCM频谱特性曲线进行仿真分析，画出频谱曲线，找出其特性曲线随等效元件参数变化的规律。

1.7 本章小结

多通道石英微天平(MQCM)，它的基本思想就是在同一个晶片上镀上几个电极对，每一个电极对都看成一个独立的谐振元，相当于一个QCM，每一个谐振元都能独立测量不同的量。而石英晶体微天平作为微质量传感器具有结构简单、成本低、振动Q值大、灵敏度高、测量精度可以达到纳克量级的优点，基于QCM的这些优点，单片多通道石英晶体微量天平（MQCM）被认为是非常有前途的。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。文献综述

2 QCM的等效电路

MQCM相当于将若干个QCM 利用微制作技术集成在同一晶片，各QCM之间存在耦合。分析MQCM的等效电路，首先必须对QCM的等效电路进行分析和研究，为此本章将给出QCM的等效电路的详细推导，并确定等效电路中各元件参数的确定方法，最后用matlab 对输入阻抗的频谱特性进行仿真分析。

2.1 QCM 等效电路模型（BVD模型）的建立

QCM传感器的核心是石英晶体，它是由AT切型的石英晶体薄片与喷涂在其表面上的金属激励电极构成。根据石英晶体的压电效应，当对石英晶体施加交变电压时，石英晶体就会振动，当振荡电路的频率与石英晶体的固有频率一致时，便会产生共振，此时振荡最稳定。石英晶振有稳定的固有频率，在一定条件下，当石英晶振表面吸附其他物质时，石英晶振的固有频率随吸附质量的大小而改变。QCM传感器就是根据这一原理，在石英晶振表面做一层敏感薄膜，利用敏感薄膜对待测物质的吸附作用，把待测物质的浓度信号转化为频率信号进行检测的。