壓電傳感器應用——微重力壓電晶體生物傳感器

  根據晶體的壓電效應可知，當晶體受力后，晶體表面電荷變化△q與外力變化△F之間存在的線性關系可用下式表示：△q=D△F（D——材料常數）

  若把壓電晶體做成的壓電轉換器看成一個平板電容器，則其電容量可用下式表示：C=ε_rε₀A/d

式中：A——極板面積

      d——極板間距離

     ε_r——介質的相對介電常數

     ε_{0————}空氣的介電常數

壓電材料價廉、簡單且輸出電壓較大，因而在生物醫學領域得到廣泛應用。下面介紹一種使用壓電晶體的電子微重力測量傳感器及其原理。

工業上生產的石英晶體具有很高的純凈度，固有頻率十分穩定，且其壓電振蕩頻率主要取決于石英片的厚度。用于電子微重力測量傳感器的石英晶片厚度為10~15mm，采用“Y”形切割的剪切模式，該模式可以克服諧振和泛音造成的干擾。因此，石英晶體的諧振頻率極大地依賴于晶體以及涂層的組合質量。例如，現有的商品石英傳感器，其表面吸附的被分析物質而引起的諧振頻率變化科安圖中式子算出

 利用這一原理可對溶液中許多化合物，通過電極上的電解沉淀進行測量。例如，可測溶液中的碘化物、鐵Ⅲ、鉛Ⅱ、鉛Ⅲ。該方法當其濃度在10~100μmol/L范圍內時，有很好的的線性關系。

 利用電子微重力生物傳感器組成的測量系統如圖10-19所示。該系統使用了兩只傳感器，一只是參考傳感器C_t，另一只是測量用傳感器C_r，C_t和C_r分別連接于振蕩回路中，并分別用頻率計數器FC_r和FC_t伺服，連接在公用的微機上。這樣一套系統可由△f的測量而換算出△m的量。此系統可用于生物液體的測量，如監測微生物的生長率等。