專利名稱：單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于分子污染測試技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種石英晶體微量天平探 頭裝置。
背景技術(shù)：
在航天器生產(chǎn)過程中，石英晶體微量天平污染測試是測定航天器研制環(huán)境污染狀 況的主要手段。石英晶體微量天平已經(jīng)應(yīng)用到航天器研制的各個(gè)階段，在航天器部件研制 試驗(yàn)階段、航天器總裝測試階段、航天器熱試驗(yàn)和力學(xué)試驗(yàn)階段都應(yīng)用了石英晶體微量天 平來測量環(huán)境的污染狀況，據(jù)此提出了有效的污染控制措施，保證了航天器的研制符合污 染控制的要求。然而，目前所研制的石英晶體微量天平采用了傳感晶片和參考晶片分離的安裝方 式，兩個(gè)晶片的所處的熱環(huán)境不盡相同，兩個(gè)晶片的溫度差會隨環(huán)境而變化，從而外部熱環(huán) 境會影響輸出的頻率值。國外，美國QCM公司很早就開展了能工作在環(huán)境補(bǔ)償下的石英晶體微量天平，它 的主要特點(diǎn)是盡量保持傳感晶片和參考晶片熱環(huán)境相同，將兩個(gè)晶片在一個(gè)平面放置，參 考晶片上方由透明介質(zhì)阻擋，以便外部熱流能夠通過透明介質(zhì)達(dá)到參考晶片。但是其具體 的結(jié)構(gòu)不得而知，而國內(nèi)目前在這方面還沒有相關(guān)的廠家進(jìn)行這方面的研究和研制。因此， 提供一種傳感晶片和參考晶片的溫度差不隨環(huán)境發(fā)生顯著改變的石英晶體微量天平是航 天器測量技術(shù)中的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的之一在于提供一種較低溫度效應(yīng)的石英晶體微量天平，該天平 有效克服了兩晶片的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致溫度不一致的弊端，通過各自的激勵電路和差頻電路，輸 出消除溫度效應(yīng)并能夠準(zhǔn)確地反映污染沉積狀態(tài)的方波頻率信號。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，一種單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝 置，包括探頭蓋、開口擋板、晶片組件、溫控組件、法蘭、電連接組件、電路組件和外殼，所述 開口擋板由擋板和透明板組成；所述晶片組件由傳感晶片、參考晶片、傳感晶片彈簧、參考 晶片彈簧和晶片底座組成；所述電路組件由振蕩差頻厚膜電路、連接電路板、插座組成；所 述電連接組件由絕熱墊、電連接片、固定螺母、電連接柱、連接線組成；其中，晶片組件中的 傳感晶片上方開設(shè)有能夠接受來自外部的污染沉積物的傳感窗口，晶片組件中參考晶片上 方開口對應(yīng)在前外殼上設(shè)置有透明板，包括傳感晶片和參考晶片的石英晶片通過傳感晶片 彈簧和參考晶片彈簧固定在晶片底座上，彈簧同時(shí)作為傳感晶片和參考晶片的電性連接通 道，晶片底座依靠四個(gè)電連接柱，通過電連接片、連接線與連接電路板電性連接，連接電路 板上的振蕩差頻厚膜電路驅(qū)動傳感晶片和參考晶片產(chǎn)生IOMHz左右的振蕩信號并差頻輸 出方波信號，通過插座引出到外部的石英晶體微量天平控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其中，傳感晶片彈簧和參考晶片彈簧作為晶片的電性連接通道、熱傳遞通道和機(jī)械連接機(jī)構(gòu)。其中，所述溫控組件由均熱板、溫度傳感器、加熱器、保護(hù)板、熱阻器、絕緣墊組成。其中，振蕩差頻厚膜電路集成了兩套晶片驅(qū)動芯片和一套D觸發(fā)器差頻芯片。傳感晶片接收污染物，參考晶片上方被透明板阻擋在接受與傳感晶片相近的熱輻 射同時(shí)不接收污染物。傳感晶片和參考晶片通過彈簧連接到晶片底座，晶片底座與溫控組 件熱接觸實(shí)現(xiàn)溫度控制。傳感晶片和參考晶片電極通過彈簧連接到晶片底座，依靠電連接 柱電性連接到電連接片、連接線到電路組件，電路組件中的振蕩差頻電路驅(qū)動傳感晶片和 參考晶片輸出頻率信號，通過插座連接到外部的石英晶體微量天平控制器進(jìn)行頻率采集， 同時(shí)溫控組件的溫度傳感信號和加熱器也通過插座連接到外部的石英晶體微量天平控制 器進(jìn)行溫度控制。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置采用傳感晶片和參 考晶片同體方式，兩者通過熱傳導(dǎo)保持溫度一致，通過各自的激勵電路和差頻電路，輸出消 除溫度效應(yīng)的能夠準(zhǔn)確反映污染沉積狀態(tài)的方波頻率信號。(2)本實(shí)用新型的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置采用晶片易易更換 方式，提高了石英晶體微量天平的可維修性。

圖1為本實(shí)用新型的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置結(jié)構(gòu)圖。其中，1為探頭蓋、開口擋板，2為晶片組件，3為溫控組件，4為法蘭、電連接組件，5 為電路組件和外殼。圖2為探頭蓋、開口擋板的示意圖。其中，11為擋板，12為透明板。圖3為晶片組件的示意圖其中，21為傳感晶片，22為參考晶片，23為傳感晶片彈簧，24為參考晶片彈簧，25 為晶片底座。圖4為溫控組件的示意圖。其中，31為均熱板，32為溫度傳感器，33為加熱器，34為保護(hù)板，35為熱阻器，35 為絕緣墊。圖5為法蘭、電連接組件的示意圖。其中，41為絕熱墊，42為電連接片，43為固定螺母，44為電連接柱，45為連接線。圖6為電路組件和外殼的示意圖。其中，51為振蕩差頻厚膜電路，52為連接電路板，53為插座。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置包括探頭 蓋、開口擋板1、晶片組件2、溫控組件3、法蘭、電連接組件4、電路組件5和外殼。其中開口 擋板1如圖2所示由擋板11和透明板12組成；晶片組件2如圖3所示由傳感晶片21、參 考晶片22、傳感晶片彈簧23、參考晶片彈簧24和晶片底座25組成；溫控組件3如圖4所示由均熱板31、溫度傳感器32、加熱器33、保護(hù)板34、熱阻器35和絕緣墊36組成。電連接組 件4如圖5所示由絕熱墊41、電連接片42、固定螺母43、電連接柱44和連接線35組成。電 路組件5如圖6所示由振蕩差頻厚膜電路51、連接電路板52和插座53組成。傳感晶片21和參考晶片22位于同一個(gè)石英晶片上，傳感晶片21上方開有傳感窗 口，能夠接受來自外部的污染沉積物；參考晶片22上方開口安裝有透明板12，在阻擋外部 污染沉積物的同時(shí)，能夠接受與傳感晶片21相同的外部熱輻射，以保持參考晶片22與傳感 晶片21相同的熱環(huán)境。包含有傳感晶片21和參考晶片22的石英晶片通過傳感晶片彈簧23和參考晶片 彈簧24固定在晶片底座25上，彈簧同時(shí)作為傳感晶片21和參考晶片22的電性連接通道。 晶片底座25依靠四個(gè)電連接柱44，通過電連接片42、連接線45與連接電路板52電性連接。 連接電路板52上的振蕩差頻厚膜電路51驅(qū)動傳感晶片21和參考晶片22產(chǎn)生IOMHz左右 的振蕩信號并差頻輸出方波信號，通過插座53引出到外部的石英晶體微量天平控制器進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集。由于傳感晶片21和參考晶片22在同一個(gè)石英晶片上，而且兩者具有相同的 外部熱輻射環(huán)境，因此兩者的溫度基本相同，通過差頻能夠消除石英晶片溫度效應(yīng)對輸出 頻率的影響。單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭溫控組件的溫度傳感器32測量組件的溫 度，加熱器33根據(jù)外界控制信號對組件進(jìn)行加熱，均熱器31由銅質(zhì)材料制造，用于保持晶 片底座25的溫度與溫度傳感器32相同。加熱器33和溫度傳感器32利用各自的電線引到 輸出插座53，以便由外部的石英晶體微量天平控制器進(jìn)行溫度控制。熱阻器35控制溫度控 制組件與法蘭之間的熱傳導(dǎo)率，以控制溫度控制組件的散熱率，以保證晶片底座35能夠控 制在合適的溫度范圍，溫控組件與其它部件之間設(shè)置必要的絕緣墊(例如上絕緣墊36和下 絕緣墊41)。溫控組件依靠兩個(gè)螺釘固定在法蘭上。開口擋板1用于保護(hù)傳感晶片21和參考晶片22，法蘭用于固定探頭內(nèi)各個(gè)部件， 外殼用于保護(hù)和固定連接電路板52和插座53。開口擋板1上的透明板12用于阻擋外界污 染物沉積在參考晶片22上，而不阻擋外界熱輻射到參考晶片22。盡管上文對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的 是，我們可以依據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)想對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生 的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置，包括探頭蓋、開口擋板(1)、晶片 組件O)、溫控組件(3)、法蘭、電連接組件0)、電路組件( 和外殼，所述開口擋板(1)由 擋板(11)和透明板(12)組成；所述晶片組件(2)由傳感晶片(21)、參考晶片(22)、傳感晶 片彈簧、參考晶片彈簧04)和晶片底座0 組成；所述電路組件( 由振蕩差頻厚膜 電路(51)、連接電路板(52)、插座(53)組成；所述電連接組件(4)由絕熱墊01)、電連接片 (42)、固定螺母(43)、電連接柱(44)、連接線05)組成；其特征在于，晶片組件(2)中的傳 感晶片上方開設(shè)有能夠接受來自外部的污染沉積物的傳感窗口，晶片組件( 中參考 晶片上方開口對應(yīng)在前外殼上設(shè)置有透明板，包括傳感晶片和參考晶片0 的石英 晶片通過傳感晶片彈簧03)和參考晶片彈簧04)固定在晶片底座05)上，彈簧同時(shí)作為 傳感晶片和參考晶片02)的電性連接通道，晶片底座05)依靠四個(gè)電連接柱(44)， 通過電連接片(42)、連接線0 與連接電路板(5 電性連接，連接電路板(5 上的振蕩 差頻厚膜電路(51)驅(qū)動傳感晶片和參考晶片02)產(chǎn)生IOMHz左右的振蕩信號并差 頻輸出方波信號，通過插座(5 引出到外部的石英晶體微量天平控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2.權(quán)利要求1所述的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置，其特征在于傳感晶 片彈簧和參考晶片彈簧04)作為晶片的電性連接通道、熱傳遞通道和機(jī)械連接機(jī)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1所述的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置，其特征在于所述溫 控組件⑶由均熱板(31)、溫度傳感器(32)、加熱器(33)、保護(hù)板(34)、熱阻器(35)、絕緣 墊(36)組成。
4.權(quán)利要求1所述的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置，其特征在于振蕩差 頻厚膜電路(51)集成了兩套晶片驅(qū)動芯片和一套D觸發(fā)器差頻芯片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭裝置，包括探頭蓋、開口擋板、晶片組件、溫控組件、法蘭、電連接組件、電路組件和外殼。其中晶片組件中的傳感晶片上方開設(shè)有能夠接受來自外部的污染沉積物的傳感窗口，晶片組件中參考晶片上方開口對應(yīng)在前外殼上設(shè)置有透明板，在阻擋外部污染沉積物的同時(shí)，能夠接受與傳感晶片相同的外部熱輻射，保持參考晶片與傳感晶片相同的熱環(huán)境。本實(shí)用新型的單晶片雙對電極石英晶體微量天平探頭采用傳感晶片和參考晶片同體設(shè)計(jì)，而且均有相同的熱環(huán)境，通過傳感晶片和參考晶片的輸出頻率的差頻，消除溫度造成的頻率漂移效應(yīng)。
文檔編號G01N5/00GK201876398SQ20102057466
公開日2011年6月22日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者于錢, 易忠, 楊東升, 臧衛(wèi)國, 院小雪 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所