壓電傳感器應(yīng)用——微重力壓電晶體生物傳感器

  根據(jù)晶體的壓電效應(yīng)可知，當(dāng)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(guān)系可用下式表示：△q=D△F（D——材料常數(shù)）

  若把壓電晶體做成的壓電轉(zhuǎn)換器看成一個(gè)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(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)

     ε_{0————}空氣的介電常數(shù)

壓電材料價(jià)廉、簡單且輸出電壓較大，因而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(yè)上生產(chǎn)的石英晶體具有很高的純凈度，固有頻率十分穩(wěn)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(zhì)量。例如，現(xiàn)有的商品石英傳感器，其表面吸附的被分析物質(zhì)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(duì)溶液中許多化合物，通過電極上的電解沉淀進(jìn)行測量。例如，可測溶液中的碘化物、鐵Ⅲ、鉛Ⅱ、鉛Ⅲ。該方法當(dāng)其濃度在10~100μmol/L范圍內(nèi)時(shí)，有很好的的線性關(guān)系。

 利用電子微重力生物傳感器組成的測量系統(tǒng)如圖10-19所示。該系統(tǒng)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(jì)數(shù)器FC_r和FC_t伺服，連接在公用的微機(jī)上。這樣一套系統(tǒng)可由△f的測量而換算出△m的量。此系統(tǒng)可用于生物液體的測量，如監(jiān)測微生物的生長率等。