CN113758823B - 一种集成型污染物测量石英晶体微天平 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及微小质量测量技术领域，具体而言，涉及一种集成型污染物测量石英晶体微天平，包括盖板、外壳以及底座，其中：盖板固定在外壳的顶部，盖板中间设置有圆孔开窗；底座固定在外壳的底部，底座两侧分别设置有感应电路连接器和基准电路连接器；外壳的内部设置有感应晶体谐振器和基准晶体谐振器，感应晶体谐振器通过感应电路传输线与感应电路连接器连接，基准晶体谐振器通过基准电路传输线与基准电路连接器连接。本申请将两路完全相同的石英晶体谐振器，集成安装在一个对称型的结构中，通过两路谐振器的频率差值来扣除环境温度和振荡驱动电路对频率稳定性带来的影响。

Description

一种集成型污染物测量石英晶体微天平
技术领域
本申请涉及微小质量测量技术领域，具体而言，涉及一种集成型污染物测量石英晶体微天平。
背景技术
石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance简称QCM)是利用石英晶体的压电效应来测量附着在晶体表面物质质量的精密测量装置。德国物理学家Sauerbrey提出的Sauerbrey方程表明：如果晶体表面为刚性薄膜，那么石英晶体电极上质量变化量与晶体的振荡频率变化量成简单的线性关系。根据Sauerbrey方程的相关理论，对于基频为10M的石英晶体，若可测频率变化量能精确到0.01Hz，真空下可测质量为单层原子的附着量。因此石英晶体微天平被广泛应用在真空镀膜厚度监测、真空污染物评价等行业。
但是在实际应用中石英晶体振荡频率的稳定性会受到诸多因素的影响，其中温度、晶体振荡驱动电路、传输线带来的影响最为显著。本申请所设计的石英晶体微天平大大降低了温度、振荡驱动电路、传输线引入的不利因素影响，提高了石英晶体微天平的测量精度，通过集成减小了装置的体积，提高了装置应用的便捷性。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种集成型污染物测量石英晶体微天平，将两路完全相同的石英晶体谐振器，集成安装在一个对称型的结构中，通过两路谐振器的频率差值来扣除环境温度和振荡驱动电路对频率稳定性带来的影响。
为了实现上述目的，本申请提供了一种集成型污染物测量石英晶体微天平，包括盖板、外壳以及底座，其中：盖板固定在外壳的顶部，盖板中间设置有圆孔开窗；底座固定在外壳的底部，底座两侧分别设置有感应电路连接器和基准电路连接器；外壳的内部设置有感应晶体谐振器和基准晶体谐振器，感应晶体谐振器通过感应电路传输线与感应电路连接器连接，基准晶体谐振器通过基准电路传输线与基准电路连接器连接。
进一步的，感应晶体谐振器包括感应石英晶体、感应晶体接触片以及感应振荡驱动电路板，其中：感应振荡驱动电路板设置在外壳内部的安装凸台上；感应晶体接触片焊接在感应振荡驱动电路板上；感应石英晶体底部设置在感应晶体接触片上，顶部设置在盖板圆孔开窗的正下方。
进一步的，基准晶体谐振器包括基准石英晶体、基准晶体接触片以及基准振荡驱动电路板，其中：基准振荡驱动电路板设置在外壳内部的安装凸台上，并且位于感应振荡驱动电路的下方；基准晶体接触片焊接在基准振荡驱动电路板上；基准石英晶体的顶部设置在基准晶体接触片上，底部设置在底座的底板上。
进一步的，感应振荡驱动电路板通过感应电路传输线与感应电路连接器连接。
进一步的，基准振荡驱动电路板通过基准电路传输线与基准电路连接器连接。
进一步的，感应振荡驱动电路板和基准振荡驱动电路板均采用直流电源上耦合交流信号的信号传输方式。
进一步的，感应电路传输线和基准电路传输线均为RF0.81同轴线。
进一步的，环绕底座的外侧设置有螺钉孔。
本发明提供的一种集成型污染物测量石英晶体微天平，具有以下有益效果：
本申请为对称性设计，减少了连接器、导线的装机数量，大大缩减了石英晶体微天平的尺寸，感应晶体谐振器和基准晶体谐振器安装方式相同，两者所处的环境条件也相似，为两者振荡频率的对比创造了前提，通过频率对比扣除了单路石英晶体微天平因温度引入的频率漂移因素，省去了为石英晶体微天平加装恒温水管的繁琐环境控制手段，使用更加便捷，同时扣除了温度、电磁场等环境因素对振荡频率带来的干扰，基准频率减去感应频率的差值为感应晶体表面沉积质量引起的频率变化，将供电线与信号线合并，减少了信号传输线数量，降低了传输线对频率稳定性的影响。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的一种集成型污染物测量石英晶体微天平的示意图；
图2是根据本申请实施例提供的一种集成型污染物测量石英晶体微天平的底座示意图；
图3是根据本申请实施例提供的一种集成型污染物测量石英晶体微天平的内部结构示意图；
图4是根据本申请实施例提供的一种集成型污染物测量石英晶体微天平的剖面示意图；
图中：1-盖板、2-外壳、3-底座、4-感应振荡驱动电路板、5-感应晶体接触片、6-感应石英晶体、7-基准振荡驱动电路板、8-基准晶体接触片、9-基准石英晶体、10-底板、11-感应电路连接器、12-基准电路连接器、13-感应电路传输线、14-基准电路传输线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1-4所示，本申请提供了一种集成型污染物测量石英晶体微天平，包括盖板1、外壳2以及底座3，其中：盖板1固定在外壳2的顶部，盖板1中间设置有圆孔开窗；底座3固定在外壳2的底部，底座3两侧分别设置有感应电路连接器11和基准电路连接器12；外壳2的内部设置有感应晶体谐振器和基准晶体谐振器，感应晶体谐振器通过感应电路传输线13与感应电路连接器11连接，基准晶体谐振器通过基准电路传输线14与基准电路连接器12连接。
具体的，本申请提供的集成型污染物测量石英晶体微天平主要利用石英晶体的压电效应来测量附着在晶体表面物质的质量，微天平的整体为圆柱体，内部从上到下依次固定安装有感应晶体谐振器以及基准晶体谐振器，通过两路谐振器的频率差值来扣除环境温度和振荡驱动电路对频率稳定性带来的影响，底座3固定设置有感应电路连接器11和基准电路连接器12，通过传输线可以直接进行连接，简化了振荡驱动电路的接口连接方式，实现两路石英晶体振荡器在狭小空间内的集成安装，减小由于信号传输线过多而带来的不良影响。
进一步的，感应晶体谐振器包括感应石英晶体6、感应晶体接触片5以及感应振荡驱动电路板4，其中：感应振荡驱动电路板4设置在外壳2内部的安装凸台上；感应晶体接触片5焊接在感应振荡驱动电路板4上；感应石英晶体6底部设置在感应晶体接触片5上，顶部设置在盖板1圆孔开窗的正下方。
具体的，感应晶体谐振器通过3个盘头螺钉紧固在外壳2内部安装凸台上，感应石英晶体6设置在盖板1圆孔开窗的正下方，感应石英晶体6外露从而测量附着在上面微小物质的质量，感应石英晶体6放置在感应晶体接触片5上，由于感应晶体接触片5的弹力，感应石英晶体6被夹持在感应晶体接触片5与顶部盖板1之间，感应石英晶体6上端电极通过机械结构引入到感应振荡驱动电路板4上，感应石英晶体6下端电极通过感应接触片引入到感应振荡驱动电路板4上，感应石英晶体6的两个电极接入感应振荡驱动电路后即可产生振荡频率。
进一步的，基准晶体谐振器包括基准石英晶体9、基准晶体接触片8以及基准振荡驱动电路板7，其中：基准振荡驱动电路板7设置在外壳2内部的安装凸台上，并且位于感应振荡驱动电路板4的下方；基准晶体接触片8焊接在基准振荡驱动电路板7上；基准石英晶体9的顶部设置在基准晶体接触片8上，底部设置在底座3的底板10上。同样的基准晶体谐振器的安装方式与感应晶体谐振器的方式相同，只不过方向与感应晶体谐振器对称放置，即基准振荡驱动电路板7在上方，基准石英晶体9在下方。此外，基准石英晶体9不参与沉积质量的测量，只提供环境变化下石英晶体谐振器振荡的基准频率。
进一步的，感应振荡驱动电路板4通过感应电路传输线1 3与感应电路连接器11连接。感应电路连接器11通过盘头螺钉和螺母紧固在底座3上，感应振荡驱动电路通过感应电路传输线13穿过结构引接到底座3上的感应电路连接器11上，用于进行信号的传输。
进一步的，基准振荡驱动电路板7通过基准电路传输线14与基准电路连接器12连接。基准电路连接器12同样通过盘头螺钉和螺母紧固在底座3上，基准振荡驱动电路通过基准电路传输线14引接到底座3上的基准电路连接器12上，用于进行信号的传输。
进一步的，感应振荡驱动电路板4和基准振荡驱动电路板7均采用直流电源上耦合交流信号的信号传输方式。测量时，可以先将5V的直流电源通过底座3上的连接器送入到振荡驱动电路板上，振荡驱动电路板驱动石英晶体产生振荡，振荡的频率信号会耦合在5V直流电平之上传输出来，这样只通过一根同轴线就可以实现一路石英晶体谐振器的供电和信号输出功能。
进一步的，感应电路传输线13和基准电路传输线14均为RF0.81同轴线。传输线优选采用直径为0.81mm的RF0.81极细的同轴线。
进一步的，环绕底座3的外侧设置有螺钉孔。底座3外侧设置有3个螺钉孔，作为微天平与外部其他装置连接的机械接口。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成型污染物测量石英晶体微天平，其特征在于，包括盖板、外壳以及底座，其中：
所述盖板固定在所述外壳的顶部，所述盖板中间设置有圆孔开窗；
所述底座固定在所述外壳的底部，所述底座两侧分别设置有感应电路连接器和基准电路连接器；
所述外壳的内部设置有感应晶体谐振器和基准晶体谐振器，所述感应晶体谐振器通过感应电路传输线与所述感应电路连接器连接，所述基准晶体谐振器通过基准电路传输线与所述基准电路连接器连接；
所述感应晶体谐振器包括感应石英晶体、感应晶体接触片以及感应振荡驱动电路板，其中：
所述感应振荡驱动电路板设置在所述外壳内部的安装凸台上；
所述感应晶体接触片焊接在所述感应振荡驱动电路板上；
所述感应石英晶体底部设置在所述感应晶体接触片上，顶部设置在所述盖板圆孔开窗的正下方；
所述基准晶体谐振器包括基准石英晶体、基准晶体接触片以及基准振荡驱动电路板，其中：
所述基准振荡驱动电路板设置在所述外壳内部的安装凸台上，并且位于所述感应振荡驱动电路板的下方；
所述基准晶体接触片焊接在所述基准振荡驱动电路板上；
所述基准石英晶体的顶部设置在所述基准晶体接触片上，底部设置在所述底座的底板上。
2.如权利要求1所述的集成型污染物测量石英晶体微天平，其特征在于，所述感应振荡驱动电路板通过感应电路传输线与所述感应电路连接器连接。
3.如权利要求1所述的集成型污染物测量石英晶体微天平，其特征在于，所述基准振荡驱动电路板通过基准电路传输线与所述基准电路连接器连接。
4.如权利要求1所述的集成型污染物测量石英晶体微天平，其特征在于，所述感应振荡驱动电路板和所述基准振荡驱动电路板均采用直流电源上耦合交流信号的信号传输方式。
5.如权利要求1所述的集成型污染物测量石英晶体微天平，其特征在于，所述感应电路传输线和所述基准电路传输线均为RF0.81同轴线。
6.如权利要求1所述的集成型污染物测量石英晶体微天平，其特征在于，环绕所述底座的外侧设置有螺钉孔。
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