田世锋[1]2004年在《石英晶片厚度检测仪研究与设计》文中研究说明随着电子工业的快速发展，对石英晶体产品的产量、质量和性能提出了更高的要求，这就相应的要求晶体生产行业加速生产设备与质量检测设备的研究与开发。本课题所研究的石英晶体厚度检测仪就是为国内晶体行业产品质量检测而开发，它可以取代同类昂贵进口设备而用于晶体生产企业晶片研磨厚度与成品厚度检测。 在论文中，首先简要分析了我国晶体生产行业现状，论述了研究开发晶体厚度检测仪的必要性，进而分析了国内外厚度检测仪研究情况，在此基础上详细论述了本课题研究开发的晶体厚度检测仪的设计思想、工作原理、组成功能结构及硬件模块结构。然后根据组成结构模块对传感器功能原理与选用、数据采集系统原理与结构、数据处理思想与功能设计、数据显示功能结构等进行了分别阐述与设计。最后，简要论述了系统抗干扰设计与模块化软件设计思想。 在研究中主要完成了以下几方面研究设计工作： ●选用灵敏度较高的LVDT差动传感器与其标准接口电路芯片AD2S93组成厚度信号采集调理系统，完成厚度信号的转换，模拟电压信号到数字信号的12A／D采样以及单片机处理系统的数据输入功能。 ●采用低功耗液晶显示器与可编程多功能LCD显示驱动专用芯片HT1621构成6位LCD显示系统，完成处理系统参数修改显示与厚度测试结果显示。 ●采用功能强大、性能稳定可靠的AT89C52单片机作单片处理器与外围接口芯片电路组成厚度检测仪，完成参数设定、数据录入与处理、结果输出等功能。 本课题设计的石英晶片厚度检测仪具有结构简单、操作方便、性能稳定可靠、精确度高等特点，可广泛使用于超薄物件的精确测量，具有很好的应用前景。
杨亭, 田世锋[2]2005年在《石英晶片厚度检测仪研究设计》文中进行了进一步梳理本文所研究设计的基于单片机系统的石英晶片厚度检测仪是为生产中测量晶片厚度而设计的,它利用LVDT传感器检测晶片厚度信息,在单片机系统中进行数据处理,利用传感器感应电势与晶片厚度成线性的关系,将厚度信息进行转换显示。其具有结构简单、操作方便、性能稳定可靠、精确度高等特点,可广泛使用于超薄物件的精确测量,具有很好的应用前景。
许保军[3]2015年在《新型聚合物石英压电传感器阵列的设计及其在白酒检测中的应用》文中提出我国酒类产品行业存在着质量安全控制水平较低,快速检测能力不足,相关检测技术与检测设备落后等难以满足社会发展需求的诸多问题,急需要新的行之有效的检测手段。本文围绕对中国白酒进行快速检测的需求,设计了对白酒产品物质敏感的亲和型聚合物石英压电传感器阵列,研制了由8种亲和型聚合物石英压电传感器组成的新型聚合物石英压电传感器阵列,并将设计的新型聚合物石英压电传感器阵列作为核心工作元件应用于“智能、快速检测仪”中,开展了对53。清香型老白汾酒、53。酱香型茅台酒、53。浓香型五粮液酒的检测与鉴别试验,实现了对这3种白酒的快速检测与鉴别,验证了所设计的新型聚合物石英压电传感器阵列应用于对白酒进行检测与鉴别的合理性和可行性,并得到了针对这3种白酒检测的聚合物薄膜涂层的制备工艺。本文的主要研究内容和结论包括：(1)基于石英晶体微天平(QCM)原理设计了新型聚合物石英压电传感器结构,分析了新型聚合物石英压电传感器阵列的工作原理,并在此基础上设计了分别镀有聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯和聚苯乙烯-二乙烯苯8种亲和型聚合物薄膜的石英压电传感器组成的新型传感器阵列。(2)利用真空电子束色散镀膜技术和自主研发的真空电子束色散镀膜设备制备了聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯和聚苯乙烯-二乙烯苯8种聚合物薄膜涂层,并利用BY2000扫描探针显微镜对制备的8种聚合物薄膜涂层的表面形貌进行了表征,结果显示制备的聚合物薄膜涂层结构与材料本身结构很接近,涂层厚度具有较好的均匀性。(3)将设计和制备的镀有8种聚合物薄膜涂层的石英压电传感器组成的阵列作为核心工作元件应用于“智能、快速检测仪”中,对53。老白汾酒进行检测试验时发现阵列中8通道传感器在检测的清洗阶段输出频率变化趋势为先逐渐增大后趋于平稳,在检测的吸附阶段输出频率变化趋势则为先逐渐减小后趋于平稳,实测结果与理论分析相吻合,表明所设计和研制的新型聚合物石英压电传感器阵列的合理性;利用制备的镀有8种聚合物薄膜涂层的石英压电传感器组成的阵列对53。老白汾酒、53。酱香型茅台酒、53。浓香型五粮液酒同时进行检测时发现阵列中8通道传感器在检测完这叁种白酒后输出频率区别明显,均可以很好地对这叁种白酒进行区分与鉴别,表明所设计和研制的新型聚合物石英压电传感器阵列的实用性。(4)利用有限元计算分析软件ANSYS建立了聚四氟乙烯型新型聚合物石英压电传感器模型,对其自由振动状态进行了仿真模拟,模拟结果显示结构模型的变形以Z方向伸缩变形为主,主振型振动频率为9.996358MHz,此模拟值与实验测得其固有频率值的相对误差只有0.16%oo,验证了将有限元计算分析软件ANSYS应用在新型聚合物石英压电传感器设计中的准确性。
李伟[4]2013年在《基于LabVIEW的石英晶片检测系统》文中认为在当今生产力高速发展,企业生产效率极大提高的时代中,越来越多的基于机器视觉与图像处理技术的自动化仪器替代了简单、机械式人工操作环节。针对现今石英晶片外观缺陷检测主要依靠人工目检方式且不可避免地存在很多弊端,本文介绍了一种基于LabVIEW的石英晶片外观检测系统。系统的成功研发将改变晶片生产行业现状,具备广阔的市场前景。文章首先回顾了石英晶片外观缺陷检测的国内外现状及缺陷检测技术,PLC及LabVIEW的应用。接着从系统的研究目标出发,提出了系统的总体设计方案以及需要克服的设计难点,总结出系统的必要模块：软件模块、图像处理模块、电气模块和机械模块。进料、取片、检片、分档为下位机四个子系统,详尽地从硬件的选取及搭建开始,到整体平台效果图的绘制,讨论了下位机模块及流程由分到总的控制方案。上位机由LabVIEW编写,介绍了包括USB数字摄像机的外部硬件触发模块在内的通信模块,图像采集与处理模块；定位检测以及缺陷检测的图像处理模块承担了本系统最重要的责任。最后给出了系统经实际测试的结果,通过数据分析和比较,展示本系统初步达到的成果。结尾,对所做的工作中的不足之处进行总结,并提出后续的改进方案。
刘超霖[5]2018年在《基于石英晶体微天平的油液介电常数检测研究》文中指出油液被称为发动机的血液,其品质优劣是影响发动机性能的重要因素。油液介电常数大小是衡量油液品质优劣的关键因素。现有油液介电常数检测方法灵敏度低且无法实时监测,因而亟须一种高灵敏度且可实时监测的传感器。石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)是一种高精度谐振式传感器,具有高精度、反应灵敏、成本低等优点,被广泛作为生物、化学传感器。传统的QCM是厚度场激励模式,其激励电极位于石英晶体的两侧,主要用于微小质量的检测。而激励电极位于同侧的横向场激励模式的QCM,由于其电场可进入待测液体,因而可用于检测液体的介电常数、电导率等电学特性。本文首先详细阐述了石英晶体的基本特性,利用振动理论,推导出QCM质量效应的方程,解释QCM检测微小质量的原理。围绕QCM在液相中的测量进行理论分析,并对LFE-QCM(lateral field excited quartz crystal microbalance)在液相中可检测溶液的电学特性进行等效电路模型分析。分析油液含水率与介电常数的理论关系,确定利用石英晶体微天平检测油液介电常数的可行性。通过理论分析,分析出在液相测量过程中,LFE-QCM的频率响应同时受液体机械特性和电学特性影响。因此,本文提出了一种双谐振元的LFE-QCM结构,设计参考谐振元以排除液体机械特性对传感器输出的影响。此外,本结构排除了环境温度等因素对谐振器频率变化的影响。LFE-QCM芯片采用MEMS工艺加工而成。设计了流通池结构用于装载LFE-QCM芯片,并结合流动注射技术,组成了一套高精度测试系统。利用多个不同尺寸的LFE-QCM芯片进行多组实验,包括空气中、水中以及有机溶液中的实验。空气中的Q值达叁万以上,去离子水中达一千五以上,说明了芯片的频率稳定性。通过有机溶液的一系列测试,证明了高频LFE-QCM的频率响应同时受到液体机械特性和电学特性的影响,同时验证了传感器频率变化与液体介电常数的递变关系。通过比较不同浮动电极类型与不同电极间距大小,为LFE-QCM的应用提供优化参考依据。结合实验数据分析,提出了一种LFE-QCM在液相中的介电常数电路模型。最后通过润滑油含水率的实验,确定了LFE-QCM检测油液介电常数的可行性。
杨建忠[6]1985年在《硅单晶片的弯曲度与厚度、总厚度变化检测及仪器》文中指出概述近年来,随着我国硅材料加工技术的不断发展,人们对晶片加工过程中的加工质量及检测方法已愈来愈引起重视。加工过程中的质量检测已变得十分重要了。其中表征晶片加工参数的几个重要几何参数——弯曲度、厚度和总厚度变化的检测及检测方法尤为硅片生产厂
卢好正[7]2005年在《石英晶振微天平室内空气质量检测传感器的研究》文中指出石英晶振微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)气体传感器,是以石英晶体表面敏感薄膜为敏感元件,以AT切型石英晶体为换能元件,利用石英晶体的质量—频率变化关系,将待测气体的浓度信号转换成频率信号输出,从而实现气体浓度的检测。 本文以研制室内空气质量检测微传感器为目的,对石英晶振微天平气体传感器及其应用进行了深入研究,取得了以下成果:建立了阵列式QCM气体传感器动态标定系统,研制了便携式QCM传感器频率检测仪;通过实践确定了QCM传感器的制作工艺过程,制作了一批QCM湿度传感器,在QCM甲醛气体传感器及其受湿度等干扰气体的影响方面做了大量研究;建立了QCM传感器信号无线采集系统。 QCM气体传感器信号的检测主要集中在微小相对频率变化量的检测上,本文根据QCM传感器的特点,设计了合理的起振、整形、差频处理电路,将QCM传感器频率的微小相对变化量调理为频率随待测气体浓度变化的方波信号,用两种方法实现了传感器信号的准确检测。方法一把差频处理后的传感器信号,通过LM331精密频压转换器,转换为可供A/D采集卡采集的电压信号,结合实验室已有的动态配气系统,建立了阵列式QCM传感器动态标定系统。方法二把差频处理后的传感器信号,送给单片机处理,研制了便携式QCM传感器频率检测仪,实现了传感器信号的采集、存储、液晶显示以及和计算机的串行通信。根据上述两种频率测量方法,研究了QCM气体传感器的制作工艺工程,试验了高分子薄膜、Pt溅射薄膜、炭纳米管薄膜等薄膜材料,研制了QCM湿度、乙醇、丙酮气体传感器和对高浓度甲醛气体有响应的甲醛气体传感器。 同时,在传感器的无线应用领域,利用Ti公司的MSP430F123单片机和TRF6900无线射频收发芯片,建立了QCM传感器信号无线采集系统,为QCM传感器在无线网络中的应用,奠定了基础。
韩丽丽[8]2006年在《叁向压电钻削测力仪的设计及扭矩加载器的研制》文中认为钻削测力仪是研究钻削过程最基本的仪器和手段，通过测得钻削力的变化，人们能快速的识别故障，提高加工过程的可靠性和生产效率。因此钻削测力仪是现代自动化加工过程中实现状态监控、自适应控制和最优控制必不可少的环节。随着科学技术的发展，人们对钻削测力仪的功能和性能指标也提出更新更高的要求。 本文在国家自然科学基金(50475152)的资助下，从工程实际出发，在运用了晶体物理学、电介质物理学、压电学、各向异性材料力学、电磁学等交叉学科的理论成果的基础上，根据其特点与使用要求，对钻削测力仪结构中的关键尺寸和动态特性进行了设计和分析。设计制造出利用石英晶片扭转效应测扭矩，只采用四片石英晶片就可以同时测量钻削过程中的扭矩、轴向力、径向力的叁向压电钻削测力仪。其测力范围为M_Z=0～9N．m，F_z=0～1500N，F_x=0～1000N。经过静态标定、动态标定和实际钻削测定，其各种指标都已达到设计要求。该叁向压电钻削测力仪同其他钻削测力仪相比突出的特点是：它采用了石英晶片的扭转效应测扭矩，可以实现钻削过程的无定心测量；测扭矩和径向力的晶组仅由两片普通YO~0切型的石英晶片组成；其结构简洁、调试方便、加工与装配工艺性好、成本较低。同时检测钻削过程中的叁向力，能更全面地反映钻削过程中钻削力的分布情况。 研制出了扭矩加载器，该加载器基于柔性铰链组成导杆，只需要加载一个力即会产生一个平衡对称的纯扭转，具有结构简单，制作方便的优点。柔性铰的尺寸参数和位置参数是该装置设计的关键，其参数的大小可通过有限元分析软件ANSYS进行结构优化得到。经过实验分析，确定其加载产生扭矩的范围为M=0～16.375N．m，加载器精度和转换率高，线性度和重复性好。 本论文还论述了压电效应的产生机理，并探讨了在机械扭矩载荷作用下正方形内带圆孔的压电晶片内部由弹性各向异性引起的复杂应力状态，结合各向异性扭转理论和各向异性麦克斯韦电磁理论，得出了YO~0切型的方形内带圆孔石英晶片扭转应力场和非线性极化体电荷与面电荷的密度分布规律，并采用有限元软件ANSYS模拟了应力场和极化电场在压电石英晶片内的分布。结果表明在晶片表面上扭转极化电荷密度分布是以电轴为分界线成对称分布，电荷正负相反，外扭矩与极化产生的电荷量之间是确定的线性关系。
赵猛[9]2006年在《凝血酶原时间压电传感器频率动态响应规律的研究及压电凝血传感器检测系统的研制》文中进行了进一步梳理生物分析是生命科学中一个重要的领域。近年来,压电传感器检测技术逐渐成为生物分析中的研究热点,其基本原理是利用石英晶体振荡特性对石英晶体表面质量负载(质量效应)和反应体系物理性状如密度、粘度、电导率(非质量效应)等的改变具有高度敏感的特性,通过对石英晶体进行适当的生物学处理和结构设计,构建出具有具有ng级检测能力的生物传感器。目前,压电传感器在分子识别、临床诊断、分子成膜过程、表面性质、毒理研究等领域中已得到较为广泛的应用。凝血与纤溶系统是血液系统的一个重要组成部分,主要功能是维持生理性止血和生理性抗凝的功能。凝血系统异常常与多种疾病相关,且通常具有严重的后果,如中风、血友病等等。临床实践中,在采取某些医疗措施之前,也必须充分了解该病人的凝血功能情况。因此,凝血系统功能的检查对医疗者和医疗对象都十分重要。压电传感器具有灵敏度高、可实时检测、体积小、成本低廉等特点,因此,研究将压电传感器应用于凝血时间检测将具有潜在的广阔的应用前景。在前期研究中,我们已经构建出了压电凝血检测仪的核心平台和分析软件,并证明了利用压电传感器检测凝血功能具有可行性。但是,该研究平台需要进一步改进和完善以提高其稳定性和实用性,在分析压电凝血试验数据的方法上也需要建立统一的标准,才能保证实验的重复性和准确性能满足研究和实际应用的需要。目的:改进压电凝血传感器检测池及检测仪;开发更加实用、使用方便并具有强大数据处理功能的专用软件;在此基础上研究凝血反应压电传感器频率动态响应规律,建立有效的PT实验结果处理模型并探索压电传感器检测临床标本的可行性。方法:1.选用基频为10 MHz的AT切型银膜电极石英晶体传感器构建螺旋式检测池,使不同检测池具有同质性。在传感器上下各垫加一O形硅胶密封圈,并置于金属基座上。在此基础上采用金属螺母螺旋加压的方式使检测池密封并保证传感器单面触液,并增强检测池屏蔽电磁干扰的能力。
雷晗[10]2012年在《用于微位移测量的石英晶体电容传感器》文中研究指明微位移测距广泛应用于多个领域,如精密测量,精密定位,微细加工,微电子制造等。用于微位移测量的传感器包括电感式,光学式,电容式等,均有各自的优缺点。其中,电容微位移传感器因其低成本,高分辨率,结构简单等特点被广泛应用。本文提出一种用于微位移测量的新型石英晶体电容传感器,围绕这种新型传感器,开展了一系列理论研究和实验分析,其主要内容包括：(1)在分析讨论石英晶体谐振器和平面电容的工作原理和特点的基础上,设计了一种采用石英晶体电容传感器测量微位移的检测方案。这种传感器是由平面电容与石英晶体谐振器串联构成,平面电容因被测物的位移改变而产生电容值变化,从而影响石英晶体谐振器的谐振频率。该传感器具有灵敏度高、稳定性好、体积小,测试方便、成本低、且容易实现数字化信号输出的优点。(2)采用有限元分析法构建石英晶体谐振器模型,通过仿真分析石英晶体谐振器的谐振响应,初步分析了电极厚度对石英晶体谐振器谐振频率的影响。(3)分析了石英晶体电容传感器的等效电路,导出了该传感器的串联谐振频率与并联谐振频率,并通过分析讨论得到被测物的微位移与外部串联电容以及石英晶体电容传感器的串联谐振频率的关系。(4)通过石英晶体电容传感器测量微位移的一系列实验,验证了这种新型石英晶体电容传感器测量微位移的可行性。被测物为铜、铝等金属时,传感器的串联谐振频率对微位移的响应曲线呈现分段线性,在区间20μm-1000μm内,传感器的串联谐振频率随位移的减小而变小,超过1000μm之后,串联谐振频率变化趋向稳定,并且传感器的灵敏度随位移的减小而增大。被测物为介质材料时,传感器的灵敏度较金属偏低,而且与材料的介电常数关系较大。传感器的品质因数随着位移的减小而增加,这表明传感器在小量程测量时更可靠、更稳定。
参考文献：
[1]. 石英晶片厚度检测仪研究与设计[D]. 田世锋. 中南大学. 2004
[2]. 石英晶片厚度检测仪研究设计[J]. 杨亭, 田世锋. 机电工程技术. 2005
[3]. 新型聚合物石英压电传感器阵列的设计及其在白酒检测中的应用[D]. 许保军. 北京交通大学. 2015
[4]. 基于LabVIEW的石英晶片检测系统[D]. 李伟. 浙江大学. 2013
[5]. 基于石英晶体微天平的油液介电常数检测研究[D]. 刘超霖. 东南大学. 2018
[6]. 硅单晶片的弯曲度与厚度、总厚度变化检测及仪器[J]. 杨建忠. 半导体设备. 1985
[7]. 石英晶振微天平室内空气质量检测传感器的研究[D]. 卢好正. 大连理工大学. 2005
[8]. 叁向压电钻削测力仪的设计及扭矩加载器的研制[D]. 韩丽丽. 大连理工大学. 2006
[9]. 凝血酶原时间压电传感器频率动态响应规律的研究及压电凝血传感器检测系统的研制[D]. 赵猛. 第叁军医大学. 2006
[10]. 用于微位移测量的石英晶体电容传感器[D]. 雷晗. 西南交通大学. 2012
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