压电传感器应用——微重力压电晶体生物传感器

  根据晶体的压电效应可知，当晶体受力后，晶体表面电荷变化△q与外力变化△F之间存在的线性关系可用下式表示：△q=D△F（D——材料常数）

  若把压电晶体做成的压电转换器看成一个平板电容器，则其电容量可用下式表示：C=ε_rε₀A/d

式中：A——极板面积

      d——极板间距离

     ε_r——介质的相对介电常数

     ε_{0————}空气的介电常数

压电材料价廉、简单且输出电压较大，因而在生物医学领域得到广泛应用。下面介绍一种使用压电晶体的电子微重力测量传感器及其原理。

工业上生产的石英晶体具有很高的纯净度，固有频率十分稳定，且其压电振荡频率主要取决于石英片的厚度。用于电子微重力测量传感器的石英晶片厚度为10~15mm，采用“Y”形切割的剪切模式，该模式可以克服谐振和泛音造成的干扰。因此，石英晶体的谐振频率极大地依赖于晶体以及涂层的组合质量。例如，现有的商品石英传感器，其表面吸附的被分析物质而引起的谐振频率变化科安图中式子算出

 利用这一原理可对溶液中许多化合物，通过电极上的电解沉淀进行测量。例如，可测溶液中的碘化物、铁Ⅲ、铅Ⅱ、铅Ⅲ。该方法当其浓度在10~100μmol/L范围内时，有很好的的线性关系。

 利用电子微重力生物传感器组成的测量系统如图10-19所示。该系统使用了两只传感器，一只是参考传感器C_t，另一只是测量用传感器C_r，C_t和C_r分别连接于振荡回路中，并分别用频率计数器FC_r和FC_t伺服，连接在公用的微机上。这样一套系统可由△f的测量而换算出△m的量。此系统可用于生物液体的测量，如监测微生物的生长率等。