凱擎東光科普介紹石英晶體微天平（QCM ）儀器

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QCM 是一種非常靈敏的質量檢測儀器，其測量精度可達納克級，比靈敏度在微克級的電子微天平高 1000 倍，理論上可以測到的質量變化相當于單分子層或原子層的幾分之一。QCM 石英微天平不光可以用于空氣中，同樣也可以用于液體中，所以可以對固液中的微小質量做準確測量。QCM 晶體通常使用的是 AT 切割，利用晶體材料的壓電效應，當電極表面上的附加質量增加，振蕩頻率會降低。諧振器的衰減與被吸附的質量成正比。Δm = ? C ·Δf/n。

KOAN 石英晶體的壓電效應

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石英晶體內部每個晶格在不受外力作用時呈正六邊形，若在晶片的兩側施加機械壓力，會使晶格的電荷中心發(fā)生偏移而極化，則在晶片相應的方向上將產(chǎn)生電場；反之，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機械形變，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機械振動，同時晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。 它其實與 LC 振蕩電路的諧振現(xiàn)象十分相似。

KOAN 鍍金晶體微天平 QCM 基本的原理

它是利用了石英晶體的壓電效應：在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。 它其實與 LC 振蕩電路的諧振現(xiàn)象十分相似：當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容 C，一般約幾個皮法到幾十皮法；當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感 L 來等效，一般值為幾十毫亨利到幾百毫亨利。由此就構成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過主機將測得的諧振頻率收集并轉化為電信號輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得準確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

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