提高壓電傳感器信噪比的數(shù)據(jù)處理新方法研究與應(yīng)用.pdf

1、石英晶體微天平(QCM)是一種高靈敏的質(zhì)量傳感器，其信號(hào)測(cè)定方法有振蕩電路法和阻抗分析法兩種。阻抗分析法是一種高級(jí)的測(cè)量方法，它通過(guò)高頻阻抗計(jì)進(jìn)行阻抗掃描測(cè)定可獲得壓電傳感器的多種化學(xué)信息。本論文在編寫(xiě)阻抗計(jì)與計(jì)算機(jī)的聯(lián)機(jī)程序時(shí)，將多種數(shù)據(jù)分析方法加入程序中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集和分析，大大提高了QCM的信噪比，主要工作如下： 1)根據(jù)QCM的等效電路模型，導(dǎo)出了QCM諧振頻率的理論關(guān)系式。由此討論了QCM諧振頻率與在電導(dǎo)諧振峰某

2、高度處的中心頻率和跨度之間的關(guān)系，提出了平均諧振頻率的概念及其測(cè)量方法。研究了測(cè)定位置對(duì)諧振頻率測(cè)量值及其噪音水平的影響。結(jié)果表明，采用100點(diǎn)以上的測(cè)量位置所得平均的諧振頻率，可提高信噪比6倍左右。該方法程序簡(jiǎn)單，能有效地降低儀器的隨機(jī)測(cè)量噪音，具有良好的實(shí)用性。該方法已用于QCM研究吸附過(guò)程的數(shù)據(jù)分析。在吸附實(shí)驗(yàn)中先在QCM表面修飾一層聚苯乙烯薄膜，以QCM為研究工具，動(dòng)態(tài)測(cè)量陽(yáng)離子表面活性劑CPC在聚苯乙烯表面的吸附過(guò)程中的質(zhì)量變

3、化，由此求出了有關(guān)吸附速率常數(shù)和吸附平衡常數(shù)，并討論了鹽濃度對(duì)吸附的影響。 2) 由相位一頻率曲線，從理論上給出了QCM的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率。由此求出在某一相位下的串、并聯(lián)諧振頻率的平均值，進(jìn)而獲得在多個(gè)相位下所得平均頻率的總平均值。結(jié)果表明，采用總平均頻率的噪音水平比傳統(tǒng)的零相位串聯(lián)諧振頻率的噪音水平大為降低。并討論了溶液粘度、密度的影響。所提方法已用于監(jiān)測(cè)陰離子表面活性劑SDBS在聚苯乙烯膜表面的吸附。由QCM的頻率

4、響應(yīng)求出了吸附速率常數(shù)和吸附平衡常數(shù)。 3)根據(jù)阻抗頻譜的特點(diǎn)，提出了基于快速傅立葉變換法抑制壓電傳感器隨機(jī)測(cè)量噪音的方法，結(jié)果表明，利用該法能對(duì)阻抗頻譜進(jìn)行有效平滑處理，濾噪效果明顯，所得頻率抗干擾能力大大增強(qiáng)。將該方法用于水中基線噪音消除，證明了其相對(duì)于其它方法的優(yōu)越性。依據(jù)所提出的數(shù)據(jù)處理方法，以QCM為工具研究了非離子表面活性劑TX-114在聚苯乙烯膜表面的吸附性能，得到了相關(guān)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)參數(shù)。 4)以硅酸鑭鎵