基于FPGA的石英晶體微天平測(cè)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)是自1959年逐漸發(fā)展起來的現(xiàn)代微量物質(zhì)檢測(cè)與分析技術(shù)，因其具有高靈敏度、高選擇性、可重復(fù)使用、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于物理、化學(xué)、生物傳感、食品工業(yè)、環(huán)境科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
　　目前，QCM的基頻大多處于5～10MHz水平，為了提高QCM的靈敏度，設(shè)計(jì)高基頻的QCM顯得十分必要。由于QCM的頻率-溫度漂移，影響測(cè)量精度，采用雙石英晶片差動(dòng)頻率測(cè)

2、量的方法，可以減小環(huán)境溫度給單路QCM測(cè)量帶來的頻率-溫度漂移。
　　本課題進(jìn)行了雙通道QCM測(cè)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，進(jìn)行了雙通道QCM振蕩電路的設(shè)計(jì)，采用兩級(jí)OPA660寬帶運(yùn)算跨導(dǎo)放大器實(shí)現(xiàn)，能夠使基頻約40MHz的QCM振蕩，該電路在氣、液相中均能夠運(yùn)作良好，氣相中阿倫方差達(dá)5×10-9@1s水平，為測(cè)頻系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的振蕩頻率。然后，基于FPGA（Field Programmable Gate Array）器件設(shè)計(jì)了雙路頻率

3、計(jì)數(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙通道QCM振蕩電路輸出的兩路頻率信號(hào)的同步測(cè)量，頻率計(jì)數(shù)采用普通周期測(cè)頻法實(shí)現(xiàn)，并采用阿倫方差達(dá)2.3×10-9@1s水平的高穩(wěn)恒溫晶振作時(shí)間閘門控制，從而改善計(jì)數(shù)誤差。接著，基于LabVIEW設(shè)計(jì)了上位機(jī)測(cè)頻數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)FPGA頻率計(jì)數(shù)系統(tǒng)的在線測(cè)量控制和測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示，使能實(shí)時(shí)比對(duì)兩路頻率的變化;同時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便對(duì)QCM數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析與處理。最后，搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，通過