一种插拔式安装的石英晶体检测池
技术领域
本发明属于检测池技术领域,具体涉及一种插拔式安装的石英晶体检测池。
背景技术
石英晶体微天平(QCM)是一种的高精度谐振式质量测量仪器,其测量精度可达到纳克级以上,其具有高的测量精度,简单的系统结构,较低的使用成本,因而被科研工作者广泛关注和重视。QCM目前已经被广泛应用于液相、气相、固相测量中,研究范围涉及生物、医学、化学、环境监测、航空航天等众多领域。通过各领域的科研工作者发展了多种新型QCM,如电化学联用的EQCM,带阻抗分析功能的QCM(impedance QCM,i-QCM)或带能量耗散监测功能的QCM(QCM with dissipation,QCM-D),不同类型的QCM根据自身独特性质具有不同的检测池。
QCM检测原理主要是石英晶体的谐振频率与自身厚度成反比,当被测物质通过在石英晶体表面发生吸附或固定时,石英晶体自身的谐振频率会发生偏移。通过检测偏移量可对反应的性质进行表征。基于Sauerbrey公式,对于5MHz基频的石英晶体,1Hz的频率偏移质量的改变为17.7ng·cm-2·Hz-1,石英晶体的厚度为0.334mm。而对于27MHz的芯片,产生1Hz的偏移质量的改变为0.6ng·cm-2·Hz-1,石英晶体的厚度为0.062mm。虽然基频的提高可以提高检测精度,但高基频的石英晶体造价成本高,并且极易受损,难以安装发生谐振。普遍通过提高谐振次数来代替高基频的石英晶体,如对于9M的基频的石英晶体,仪器施加三倍谐振频率达到27MHz以达到与27MHz相同的测量效果。故而市场上主流石英晶体的基频为5MHz~10MHz,石英晶体直径14~15mm,但市场上对于石英晶体芯片存在多种,普遍的石英晶体正反两面电极接触点在不同两面,另一种为两面的电极接触点在同面。
检测池测量时,需要令石英晶体一面与溶液接触,另一面与空气接触这样才能通过电极两面施加的电压令石英晶体产生形变。常规检测池主要起两种作用:
1、令石英晶体作为激励电极,通过检测谐振频率进而获取QCM表面质量、耗散因子等信息;
2、作为电化学体系工作电极,与参比电极、对电极形成三电极体系用于获取电化学参数测量。市场上的石英晶体检测池普遍安装复杂,使用多个螺丝进行旋拧安装,但螺丝安装时,石英晶体往往受力不均,致使石英晶体损坏或在安装过程中石英晶体由于晃动错位,导致安装失败。并且要求石英晶体振动时主要集中在点在电极区,才能具有较高的Q值,所以安装时要尽可能减少石英晶体所受张力。检测池静态压力对频率没有影响,所以检测池种液体高度对频率影响无关。
市场上石英晶体检测池安装,主要问题为:
1、通过先将石英晶体固定在底座上,再通过螺丝将上盖与底座固定,再固定时石英晶体容易损坏或发生移动,导致驱动电路无法通过检测池发生谐振。
2、常规石英晶体芯片的基频为5-10M,基频不同的石英片厚度不一,频率越高厚度越薄。常规石英晶体检测池安装为通过螺丝进行固定,若螺丝过紧容易对石英晶体芯片造成损坏。
总体而言,目前市场上石英晶体检测池的安装难度大,对芯片保护性差,功能单一,可拓展性弱。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种插拔式的石英晶体检测池,解决现有技术中石英晶体检测池的安装难度大,对芯片保护性差,功能单一,可拓展性弱的技术问题。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
插拔式安装的石英晶体检测池,包括石英晶体固定模块、检测池模块和检测池固定模块;
所述石英晶体固定模块包括上夹板、下夹板、导电铜针、弹性铜片和磁铁;
上夹板和下夹板的外轮廓相同,上夹板和下夹板通过磁铁吸附固定,上夹板与下夹板相对的面上均设有走线槽、第一滑槽、弹性铜片安装槽和能够容纳磁铁的结构,且上夹板和下夹板的第一滑槽、弹性铜片安装槽和能够容纳磁铁的结构皆相对设置;上夹板与下夹板中,第一滑槽均为一个,沿边缘向内设置,弹性铜片安装槽均为两个,分别设置在第一滑槽的两侧;上夹板和下夹板的侧面分别设有两个与各自的走线槽连通的导电铜针槽,每个导电铜针槽内设置一个导电铜针,导电铜针的一端与弹性铜片通过导线连接,导电铜针的另一端用于与仪器连接驱动电路连接;
弹性铜片为四个,两个固定在上夹板的弹性铜片安装槽内,另外两个固定在下夹板的弹性铜片安装槽内,四个弹性铜片形成的两个夹持点位于第一滑槽的两侧;
磁铁的个数与上夹板和下夹板容纳磁铁的结构的总数对应,一对一的固定在对应的容纳磁铁结构中;
石英晶体通过四个弹性铜片夹持在上夹板和下夹板的第一滑槽之间,且石英晶体的正反电极区域均与弹性铜片接触;
所述检测池模块包括第一底座、检测池固定座和检测池;
第一底座和检测池固定座的外轮廓相同,且相对设置,第一底座和检测池固定座相对的面上均设有第二滑槽,第二滑槽上均设有凸台,凸台内均设有凹槽,沿凹槽槽口的内壁均设有胶圈,且第一底座的凹槽的槽底设有通孔;第一底座和检测池固定座的第二滑槽、凸台、凹槽和胶圈皆相对设置;石英晶体固定模块与第一底座和检测池固定座的第二滑槽滑动配合,能够滑入两个第二滑槽形成的腔体内,且第一底座的凸台能够沿下夹板的第一滑槽滑动,检测池固定座的凸台能够沿上夹板的第一滑槽滑动,第一底座和检测池固定座的胶圈分别压紧在石英晶体的两面上;
检测池固定在检测池固定底座的上表面上,且检测池内的液体能够通过检测池固定底座的通孔流至石英晶体上;
所述检测池固定模块包括第二底座和固定框架;
第二底座由底盘和圆柱形凸台组成,圆柱形凸台固定在底盘上表面的中部,外壁上设有外螺纹;
固定框架为具有中空腔体的结构,固定框架相对的两个面上,一面设有通孔,通孔的内壁设有与第二底座的外螺纹配合的内螺纹,另一面设有U型槽;检测池模块组装后,第一底座和检测池固定座与固定框架的腔体滑动配合,检测池从U型槽伸出,第二底座与通孔配合,通过旋拧第二底座将检测池模块挤压固定在固定框架内,并且同时该应力将石英晶体固定模块固定。
进一步的,所述能够容纳磁铁的结构为下沉孔。
进一步的,所述凹槽为圆柱形,胶圈为圆环形。
进一步的,所述胶圈的材料为硅胶。
进一步的,所述第一底座的第二滑槽的深度等于下夹板的厚度,第一底座的凸台的表面与第一底座的上表面平齐,检测池固定座的第二滑槽的深度等于上夹板的厚度,检测池固定座的凸台的表面与检测池固定座的下表面平齐。
进一步的,所述电化学检测池包括第一池体和池盖,第一池体为两端开口的圆柱体,下端面固定在检测池固定底座的上表面上,池盖盖在第一池体的顶端开口上,池盖上设有两个电极孔,用于插放对电极与参比电极;液体经第一池体注入,流经检测池固定底座的通孔与石英晶体接触。
进一步的,所述电化学检测池包括包括第二池体,第二池体为六棱柱形,底部固定在检测池固定底座的上表面上,柱身上设有螺纹孔和连通孔;螺纹孔为三个,沿第二池体的表面向检测池固定底座的通孔的方向设置;连通孔为三个,与螺纹孔一一对应,连通孔一端与螺纹孔连通,另一端延伸至第二池体的下表面,位于检测池固定底座的通孔的上方;液体经螺纹孔注入第二池体,流经连接孔和检测池固定底座的通孔与石英晶体接触。
进一步的,所述三个螺纹孔的起始端分别在第二池体的三个棱面上。
进一步的,所述第一底座与第二底座具有足够的接触面积,且内螺纹和外螺纹的螺纹间距较小。
进一步的,所述上夹板、下夹板、第一底座、检测池固定座、检测池皆采用塑料材质,检测池固定模块采用钢材材。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的插拔式的石英晶体检测池通过模块化的组合,易于石英晶体的安装,也易于各模块的维护保养。
本发明提供的插拔式的石英晶体检测池,将检测池作为独立器件可根据实际需要进行选择,也可根据实际需要进行个人定制,增强了自身功能的拓展性。
本发明提供的插拔式的石英晶体检测池采用四个弹性铜片固定石英晶体,降低了四角的受力不均匀对石英晶体的损害,同时利用石英晶体固定模块对石英晶体进一步固定,从而保证了胶圈与石英晶体完成密封,并且通过能陷效应使得安装后石英晶体具有较高Q值,得到稳定的振动。
本发明的插拔式安装的石英晶体检测池,适用于市场上绝大多数的石英晶体与不同体系的检测方式,支持两个电极触点在同一面或电极触点在两面的石英晶体等不同石英晶体规格。
附图说明
图1为本发明的插拔式安装的石英晶体检测池(电化学式)的结构示意图;
图2为本发明的插拔式安装的石英晶体检测池(电化学式)的爆炸结构示意图;
图3为本发明的插拔式安装的石英晶体检测池(流动式)的结构示意图;
图4为本发明的插拔式安装的石英晶体检测池(流动式)的爆炸结构示意图;
图5为本发明的石英晶体固定模块的爆炸结构示意图;
图6为本发明的石英晶体固定模块与石英晶体的装配图;
图7为本发明的石英晶体固定模块与石英晶体的装配图;
图8中,a为本发明的检测池模块(电化学式)和石英晶体固定模块的装配图,b为本发明的检测池模块(流动式)和石英晶体固定模块的装配图;
图9中,a为本发明的检测池(电化学式)的表面的结构示意图,b为本发明的检测池(流动式)的表面的结构示意图;c为本发明的检测池的底面的结构示意图;
图10中,a为本发明的第一底座的底面结构示意图,b为本发明的第一底座的表面结构示意图;
图11为本发明的检测池固定模块的爆炸结构式示意图;
图中,1、上夹板,1-1、走线槽,1-2、第一滑槽,1-3、弹性铜片安装槽,1-4、容纳磁铁的结构,1-5、导电铜针槽,2、下夹板,3、导电铜针,4、弹性铜片,5、磁铁,6、第一底座,7、检测池固定座,7-1、第二滑槽,7-2、凸台,7-3、凹槽,7-4、第一通孔,8、检测池,8-1、第一池体,8-2、池盖,8-2-1、电极孔,8-3、第二池体,9、第二底座,9-1、底盘,9-2、圆柱形凸台,10、固定框架,10-1、第二通孔,10-2、U型槽,11、石英晶体。
具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明的限制。
如图1-4所示,本发明的插拔式安装的石英晶体检测池,包括石英晶体固定模块、检测池模块和检测池固定模块。
如图5所示,石英晶体固定模块包括上夹板1、下夹板2、导电铜针3、弹性铜片4和磁铁5。上夹板1和下夹板2的外轮廓相同,上夹板1和下夹板2通过磁铁吸附固定。上夹板1与下夹板2相对的面上均设有走线槽1-1、第一滑槽1-2、弹性铜片安装槽1-3和能够容纳磁铁的结构1-4。上夹板1和下夹板2中,走线槽1-1的形状和个数均没有特殊限制,用于走线;第一滑槽1-2均为一个,沿边缘向内设置;弹性铜片安装槽1-3均为两个,分别设置在第一滑槽1-2的两侧,用于容纳弹性铜片4;能够容纳磁铁的结构1-4均可以是槽结构也可以是孔结构,优选为下沉孔。上夹板1和下夹板2的走线槽1-1的形状可以相同也可以不同,导电铜针槽1-5的位置可以相同也可以不同,但第一滑槽1-2、弹性铜片安装槽1-3和能够容纳磁铁的结构1-4皆相对设置。上夹板1和下夹板2的侧面分别设有两个与各自的走线槽1-1连通的导电铜针槽1-5,每个导电铜针槽1-5内设置一个导电铜针3,导电铜针3的一端与弹性铜片4通过焊接导线连接,导电铜针3的另一端用于与仪器连接驱动电路连接。弹性铜片4为四个,两个固定在上夹板1的弹性铜片安装槽1-3内,另外两个固定在下夹板2的弹性铜片安装槽1-3内,且夹持点位于第一滑槽1-2的两侧。磁铁5的个数与上夹板1和下夹板2的容纳磁铁的结构1-4的总数对应,一对一的黏贴固定在对应的容纳磁铁结构1-5中,通常磁铁5为八个,上夹板1和下夹板2上各设置四个,且设置在四个角上。石英晶体11通过四个弹性铜片4夹持在上夹板1和下夹板2的第一滑槽1-2之间,且石英晶体11的正反电极区域均与弹性铜片4接触。如图6和图7所示。
如图8-10所示,检测池模块包括第一底座6、检测池固定座7和检测池8。第一底座6和检测池固定座7的外轮廓相同,且相对设置。第一底座6和检测池固定座7相对的面上均设有第二滑槽7-1,第二滑槽7-1上均设有凸台7-2,凸台7-2内均设有凹槽7-3,沿凹槽7-3槽口的内壁设有胶圈,通常凹槽7-3为圆柱形,胶圈为圆环形,材料为硅胶;第一底座6和检测池固定座7的第二滑槽7-1、凸台7-2、凹槽7-3和胶圈皆相对设置,第一底座6的第二滑槽7-1的深度等于下夹板2的厚度,第一底座6的凸台7-2的表面与第一底座6的上表面平齐,第一底座6的凹槽7-3的槽底设有通孔;检测池固定座7的第二滑槽7-1的深度等于上夹板1的厚度,检测池固定座7的凸台的表面与检测池固定座7的下表面平齐。石英晶体固定模块与第一底座6和检测池固定座7的第二滑槽7-1滑动配合,能够滑入两个第二滑槽7-1形成的腔体内,且第一底座6的凸台7-2能够沿下夹板2的第一滑槽1-2滑动,检测池固定座7的凸台7-2能够沿上夹板1的第一滑槽1-2滑动,第一底座6和检测池固定座7的胶圈分别压紧在石英晶体11的两面上。检测池8固定在检测池固定底座7的上表面上,且检测池内的液体能够通过检测池固定底座7的通孔流至石英晶体11上。可根据实际需要选择不同的检测池,如电化学式检测池或流动式检测池。电化学检测池8包括第一池体8-1和池盖8-2,第一池体8-1为两端开口的圆柱体,下端面固定在检测池固定底座7的上表面上,池盖8-2盖在第一池体8-1的顶端开口上,通过池盖8-2将整体与外部进行隔离,由于石英晶体11微天平主要测量参数使频率的变化,通过封盖可以更好防止外界对检测池内的影响,池盖8-2上设有两个电极孔,用于插放对电极与参比电极;液体经第一池体8-1注入,流经检测池固定底座7的通孔与石英晶体11接触。流动式检测池包括第二池体8-3,第二池体8-3为六棱柱形,底部固定在检测池固定底座7的上表面上,柱身上设有螺纹孔和连通孔;螺纹孔为三个,沿第二池体8-3的表面向检测池固定底座7的通孔的方向设置,螺纹孔用于连接蠕动泵的软管的蠕动泵管接头,通常三个螺纹孔的起始段分别在第二池体8-3的三个棱面上;连通孔为三个,与螺纹孔一一对应,连通孔一端与螺纹孔连通,另一端延伸至第二池体8-3的下表面,位于检测池固定底座7的通孔的上方;液体经螺纹孔注入第二池体8-3,流经连接孔和检测池固定底座7的通孔与石英晶体11接触。
如图11所示,检测池固定模块包括第二底座9和固定框架10。第二底座9由底盘和圆柱形凸台组成,底盘的形状没有特殊限制,一般为圆盘;圆柱形凸台固定在圆盘上表面的中部,外壁上设有外螺纹。固定框架10为具有中空腔体的结构,固定框架10相对的两个面上,一面设有通孔,通孔的内壁设有与第二底座9的外螺纹配合的内螺纹,另一面设有U型槽。检测池模块组装后,第一底座6和检测池固定座7与固定框架10的腔体滑动配合,检测池8从U型槽伸出,第二底座9与通孔配合,通过旋拧第二底座9将检测池模块挤压固定在固定框架10内,并且同时该应力将石英晶体固定模块固定。优选的,保证第一底座6与第二底座9具有足够的接触面积,且内螺纹和外螺纹的螺纹间距较小,即保证了第一底座6的挤压可令胶圈与石英晶体11完成密闭,又减小了对石英晶体11的安装应力,保证施加均匀张力,不易使石英晶体11破坏。
本发明的插拔式安装的石英晶体检测池,通过弹性铜片4固定石英晶体11,降低了对石英晶体11的规格要求,适用于市场上绝大多数的石英晶体与不同体系的检测方式,支持两个电极触点在同一面或电极触点在两面的石英晶体等不同石英晶体芯片规格,优选支持石英晶体频率为1M-10M。
本发明的插拔式安装的石英晶体检测池,通常上夹板1、下夹板2、第一底座6、检测池固定座7、检测池8皆采用塑料材质,检测池固定模块采用钢材。
对所公开的实施方式的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施方式的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施方式中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施方式,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。