2.2晶振一试件表面的作用机理试验及动力学模型研究

  使用晶振作为传感器的工作过程为:在起振电路的驱动下,晶振将开始振荡,此时处于自由状态的晶振的振动频率是其固有频率,振动的幅值是其固有幅值。

  将高频振荡的石英晶体振荡器逼近样品表面,由于晶振与样品表面之间的作用力的影响,音叉的幅值和频率会随着逼近距离的变化而变化,这样通过观察振动的频率和幅值的变化就可以知道逼近距离的变化。

  在这种情况下,晶振与样品表面之间的作用力是非常复杂的,为了解释晶振和表面的作用力,己经建立了许多模型来进行解释,但是由于使用的贴片晶振的形状和工作的条件的不同,相应的理论模型也不一样,这就表明目前对于这种作用系统,尚无明确的理论探讨对应于我们实验室的工作,本文对晶振一表面之间的作用力作了初步的探讨。

  目前作为传感器使用的晶振一般有两种:石英音叉和伸长型晶振。在我们的试验工作中,对于两种传感器的性能都作了测试试验,获得了晶振接触样品表面所得振动特性的变化特性曲线,并且利用我们研制的扫描系统进行了扫描试验。下面对两种类型的传感器将一起加以论述。

  音叉是最早采用的压电晶振传感器,其形状如图24所示。不同品种的音叉,其臂长l,宽度b,厚度t是不同的。我们]所用的音叉的臂长1为宽度b为0.265mm,厚度t为0.125mm。

  1MHZ伸长型晶振是在较晚的时候才得到应用的,其形状如图25所示。采用伸长型晶振的好处是明显的,首先由于频率升高,所以传感器的灵敏度也增强了,这样就加快了传感器的响应速度,其次是垂直方向的测量范围增大可以方便地测量陡立结构,再者就是它的接触面积小,作用力的范围也很小,横向分辨率更高。

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