基于FPGA的嵌入式QCM检测系统设计.pdfVIP

学兔兔 l lI5 似 基于FPGA的嵌入式QCM检测系统设计 An embedded QCM detection system based on FPGA 李 强 LI Qian9 (罗定职业技术学院电子信息系，罗定527200) 摘 要：针对目前检测仪器灵敏度低、买时性较差等问题，设计了以FPGA为核心的高精度QCM检测 系统。并行处理、预测技术：~FPGA可重构功能相结合，加快了数据处理速度，提升了硬件集 成度，抑制了噪声干扰，提高了检测分辨率。为验证系统性能，在阻尼介质中进行了测试。 结果表明，与QOM传感器一起配合，该系统完全满足高精度、实时测量的要求。 关键词：石英晶体微天平；频率测量；Allan方差；FPGA；分辨率 中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号： Doi：1 0 3969／J．issn．1 009—01 34．201 2．11(下)．1 5 0 引言 涂一层敏感薄膜，利用敏感薄膜对待测物质的吸 石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance， 附作用，把待测物质的浓度信号转化为频率信号 进行检测的。 简称QCM)是一种新型的高精度谐振式测量仪器。 QCM传感器利用石英振子的频率变化与晶体表面 Sauerbrey方程 给出了石英晶体谐振频率变 的质量变化成线性比例的原理，可进行纳克级的 化△f与质量变化△m之间的线性关系： 质量检测…。在生物医学、水质控制、腐蚀评估 Af=-k·△ =-2．26×104 △ ／ (1) 等多个高精度测量领域，QCM具有独特的优势和 式中k是Sauerbrey系数，单位是Hz·g·cm。， 广阔的应用前景。传统的QCM多局限于气相检 负号表示质量增加(减少)导致谐振频率降低(上 测，液相中的应用研究国内起步较晚，且受限于 升)，频率变化(灵敏度)随谐振频率的增加而增 电路自身特性和噪声影响，稳定性和测量精度下 大，呈二次方关系。实际应用中，QCM传感器工 降 。针对此情况，设计了一种基于FPGA的嵌 作频率范围在2MHz～27MHz之间…。 入式SOC检测系统，从软、硬件方面进行优化设 1．2 QCM信号检测 计，提高了QCM频率检测的稳定性和精确性，为 由(1)式可看出，为掌握QCM的特性，研究 进一步研究高性能、高灵敏度QCM应用打下了坚 其频率波动和分辨率是很重要的。QCM传感器 实基础。 在气相中工作时震荡电路的频率稳定性主要取决 1 QCM工作原理与信号检测 于石英晶体的谐振频率，而在液相中工作时，因 阻尼及噪声干扰，晶体的谐振频率、电路的性能、 1．1 QCM工作原理 放大环节的相位特性等晶质因数下降较大对整个 QCM由谐振器、AT切割石英晶片及喷镀于 电路的稳定性产生了较大影响 】