Malin Edvardsson Feb 05, ’02 < 20201105

奇妙的乐器 —耗散型石英晶体微天平(QCM-D)工作原理的另类解析

通过类比熟悉的相关事物来解释新概念和技术原理更容易使大家理解。在此,我们使用一组不同的乐器对耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术进行解析。

了解耗散型石英晶体微天平QCM-D技术的不同方面

耗散型石英晶体微天平(QCM-D)是一种声学技术,即基于声能的测量技术。 因此,使用乐器来类比解释耗散型石英晶体微天平(QCM-D)的工作原理就很贴切。 要了解耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术的基础知识,必须理解一些关键概念:

1.晶体共振及其与质量变化测量之间的关系

2.能量耗散以及柔性薄层的增加如何影响能量耗散

3.如何通过声学分析来表征材料的性能

在耗散型石英晶体微天平(QCM-D)原理基础的网络研讨会中,瑞典百欧林科技有限公司高级应用科学家Fredrik使用以下一组乐器解释了这三个概念:

1.吉他

2.教堂的钟声

3.电风琴

简而言之,通过描述这些乐器、它们如何工作以及如何与周围环境相互作用,Fredrik教给我们以下内容:

1)振动的吉他弦可以帮助我们了解传感器的共振和谐频

Fredrik解释说,振动时,石英晶体就像是一根短而粗的吉他弦,只有约0.3毫米长,传感器受到电刺激后产生音调。 对于吉他弦,如果将琴弦加长,则音调会降低;如果使琴弦变短,则音调会升高。 这和QCM传感器的工作原理一样,即如果通过在表面增加材料使传感器变厚,则音调会降低;如果通过去除或解吸附材料而使传感器变薄,则音调会更高。 虽然QCM的音调范围处于MHz范围,但它的原理与吉他弦相同。

2)教堂钟声的鸣响有助于我们了解晶体振荡的耗散和衰减

Fredrik说,假定是安装在无阻尼支架上的教堂钟,它会响很长时间。 但是,如果钟的振荡运动受阻,例如,一些热情的游客拥抱了教堂钟,您可以想象拥抱的游客就像是抑制声音信号的柔性薄膜,钟声就会衰减得更快。 从这个意义上讲,教堂的钟声可以感知周围的环境。 正如石英晶体传感器与刚性薄膜相互作用,或者根本不与薄膜相互作用(在空气中振荡时会发生这种情况),则耗散会很低,并且会长时间振荡。 如果石英晶体传感器与柔性膜相互作用,则就像是一个热情的游客拥抱它,能量会更快地耗散,钟声会很短。

3)电风琴的不同音调和音质有助于我们理解不同的厚度和材料特性

由于我们研究的是声波和声学,因此可以使用物理公式来计算声波(即压力波)在具有不同材料特性的薄膜中的分布,从而建立物理模型,以帮助我们理解声波与材料特性之间的关系, Fredrik解释道。例如,粘弹性模型描述了压力波如何在具有某种粘弹性的薄层中的传播。通过测量声波分布,我们可以使用该模型来计算薄膜层的粘弹性。

在这个模型下,我们可以将QCM-D与电风琴进行类比。电风琴可以产生不同品质的多种音调,QCM-D也可以产生这种音调。我们测量不同的倍频,聆听不同的谐波就像聆听不同质量的声音。因此,电风琴的不同按键,不同音调将对应于传感器上薄膜的不同厚度、质量变化。此外,还可以通过使用不同的旋钮设置来调整声音质量。例如,从钢琴声音变为小号或萨克斯风。然后,这将代表材料的不同质量以及不同谐波的行为方式。因此,从这个角度来讲,我们可以说QCM-D就像一个电风琴。

了解有关QCM-D的更多信息

观看Fredrik的网络研讨会录播视频,您将更详细的了解QCM-D的基础知识,如何理解该技术的理论,以及QCM-D可以测量和分析的项目。

视频索要申请链接:https://www.wjx.top/jq/96308786.aspx

更多QCM-D技术详情请http://www.biolinchina.com/qsense

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