專利名稱：質(zhì)量傳感器和質(zhì)量感測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)量傳感器，用于測量毫微克(10-9克)量級的微小質(zhì)量，例如，用于感測細(xì)菌、病毒和原生動物等微生物的質(zhì)量傳感器(免疫傳感器)，和用于感測濕度、毒性物質(zhì)、或氣味成分等特殊化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量傳感器(濕度計、氣體傳感器和氣味傳感器)，以及一種用于感測質(zhì)量的方法。具體地，本發(fā)明涉及一種質(zhì)量傳感器，適宜用于通過測量其上作用有只與被測目標(biāo)(被測物質(zhì))發(fā)生反應(yīng)的用于吸收被測物質(zhì)的吸收物的膜片的質(zhì)量變化引起的諧振頻率的變化來確定物質(zhì)的質(zhì)量，和一種用于感測質(zhì)量的方法。
由于本發(fā)明的質(zhì)量傳感器不限于檢測上述作用在膜片上的吸附物質(zhì)的質(zhì)量變化，也就是說，不限于膜片質(zhì)量變化的間接測量，因此它自然可以感測由于膜片本身的質(zhì)量變化引起的諧振頻率的變化，該質(zhì)量傳感器還可以用來作為蒸汽沉積薄膜的厚度計或濕度指示計。
此外，即使膜片的質(zhì)量沒有直接或間接地發(fā)生變化，通過將其放置在引起諧振頻率變化的環(huán)境中，也就是說，通過將其放在有不同真空度、粘度或溫度的氣體或液體介質(zhì)環(huán)境中，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器也可以用來作為真空計、粘度計或溫度傳感器。
因此，盡管本發(fā)明的質(zhì)量傳感器可以根據(jù)它的實施例用在各種應(yīng)用中，但都還是應(yīng)用檢測膜片和包括膜片的諧振部分的諧振頻率的變化這一相同的基本原理。
最近科學(xué)和醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，及新興的如抗生素學(xué)和化學(xué)藥物治療等藥物學(xué)使得過去被認(rèn)為很難治療的各種疾病可以治愈。在涉及的疾病中，為治療由細(xì)菌、病毒或原生動物等微生物所引發(fā)的疾病，尋找病原體，識別其種類，和確定它們敏感的藥物等微生物試驗是必不可少的。
目前，在微生物試驗的第一步中，由于可以從癥狀中分析出病因和病原體的種類，根據(jù)疾病的類型選取血液等多種樣本以形態(tài)學(xué)方式識別出樣本中的病原體，或者用免疫化學(xué)方式識別出存在于樣本中的抗體或病原體的特定代謝物(如毒素或酶等)。這種處理是在細(xì)菌鏡檢法中使用的涂片測試、染色法或顯微鏡檢查法，并且這些年來，通過熒光抗體染色法或酶抗體染色法使得即時識別成為可能。
此外，近來用于檢測病毒的病毒血清學(xué)試驗，是一種用來證明病人的血漿中存在特定的免疫抗體的方法。這種方法的例子包括補體結(jié)合反應(yīng)，在其中通過在測試血液中加入補體，并且通過觀察該補體是否與血液中的抗原或抗體反應(yīng)并吸附在抗原或抗體的細(xì)胞膜上，或破壞細(xì)胞膜，來確定抗原或抗體是否存在。
除了癥狀還沒有出現(xiàn)過、和疾病是由還沒有發(fā)現(xiàn)的一種新病原體引發(fā)的極特殊的情況外，在由微生物或類似物引發(fā)的疾病的治療中，通過在上述微生物試驗的初階段中發(fā)現(xiàn)病原體可以進(jìn)行充分的治療方法，并且在癥狀沒有惡化時病人就可以痊愈。
然而，使用涂片試驗、染色法和顯微鏡檢查法等方法時，有賴于選取量的微生物的檢測通常很困難，并且如瓊脂細(xì)菌培養(yǎng)基上的樣本的培養(yǎng)等耗時間的處理是必須的。此外在病毒血清試驗中，由于作為一項原則在急性發(fā)作階段和恢復(fù)期階段中都要執(zhí)行從一定量的抗體的運動中進(jìn)行判斷的測量，從即時診斷的角度來看存在費時間的問題。
如在上述補體結(jié)合反應(yīng)中所看到的，當(dāng)一種待測物質(zhì)與一種吸收物反應(yīng)時，該吸收物通過只與待測的特定物質(zhì)，微生物反應(yīng)來吸收待測的物質(zhì)，吸收物的質(zhì)量由于待測物質(zhì)的質(zhì)量而增加，即使是輕微地增加。這種質(zhì)量的增加同樣發(fā)生在吸收物(吸附物)與特殊氣體物質(zhì)和氣味成分等化學(xué)物質(zhì)之間的關(guān)系中，并且也適用于作為吸收物的基體本身的質(zhì)量沒有發(fā)生變化的情況，其上附著或增加了特定的物質(zhì)。與此相反，當(dāng)由吸收物或類似物引起的被測物質(zhì)被釋放的反應(yīng)發(fā)生時，吸收物或類似物的質(zhì)量輕微地減少。
作為用來感測這種小質(zhì)量的變化的方法的一個例子，如圖28所示美國專利US4,789,804披露了一種質(zhì)量傳感器80，包括一個石英晶體振蕩器81和朝向石英晶體振蕩器的電極82，83。當(dāng)任何外來的物質(zhì)吸附到電極82，83上時，質(zhì)量傳感器80利用石英晶體振蕩器81在電極表面方向的厚度滑落振動(剪切方式振動)的諧振頻率的變化感測到這些質(zhì)量的變化。
然而，這種質(zhì)量傳感器80存在的一個問題在于由于外來物質(zhì)吸附的部分和用于檢測諧振頻率的部分處于同一位置，例如，當(dāng)質(zhì)量傳感器80本身的壓電特性由于樣本的溫度或溫度的變化發(fā)生變化時諧振頻率是不穩(wěn)定的。此外，如果樣本是導(dǎo)電溶液，并且當(dāng)質(zhì)量傳感器80是未加保護(hù)地浸入在樣本中時，電極之間可能發(fā)生短路。于是，質(zhì)量傳感器80必須置于樹脂外殼等絕緣材料中。
為了解決在這種質(zhì)量傳感器80中存在的問題，本發(fā)明人在No.9-361368號日本專利申請中公開了幾種質(zhì)量傳感器，用來測量當(dāng)通過直接或間接地改變膜片的質(zhì)量使得能夠發(fā)生振蕩的膜片在質(zhì)量發(fā)生變化的前后其諧振頻率的變化。圖27中顯示了一個例子。質(zhì)量傳感器30的結(jié)構(gòu)為通過將連接平板33與膜片31相連，將表面上安裝有壓電元件35的傳感平板32與連接平板33相連構(gòu)成一個諧振區(qū)，其與具有矩形邊的傳感器基片34的一側(cè)鄰接。在質(zhì)量傳感器30中，通過測量主要由于膜片31的質(zhì)量變化引起的諧振區(qū)的諧振頻率的變化可以容易地在短時間內(nèi)得知該質(zhì)量的變化。
然而，這種質(zhì)量傳感器30的一個問題在于靈敏度根據(jù)膜片31的質(zhì)量發(fā)生變化的位置不同而發(fā)生變化，例如，膜片31的中心位置或邊緣位置，即使變化量相同，并且需要減小靈敏度差異的措施。此外，可以通過使膜片31更容易振動來提高靈敏度。此外，如果追求更高的靈敏度，可以將膜片31伸展，通過使膜片31更容易振動，使得更微小量級的質(zhì)量的測量成為可能。
本發(fā)明的目的在于解決微質(zhì)量傳感器的上述問題，并且根據(jù)本發(fā)明，提供下面分別詳細(xì)闡述的第一種至第六種質(zhì)量傳感器。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量傳感器作為第一種質(zhì)量傳感器，包括一個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連；一個壓電元件；一個傳感平板，在傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有壓電元件，在與膜片和連接平板的連接方向垂直的方向上傳感平板的側(cè)面與連接平板的相對部分彼此相連；和一個傳感器基片，與連接平板以及傳感平板的側(cè)面的至少一部分相連；其中膜片，連接平板，傳感平板和壓電元件形成諧振區(qū)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量傳感器作為第二種質(zhì)量傳感器，包括一個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連；一個壓電元件；兩個傳感平板，在至少一個傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有壓電元件，在與膜片和連接平板的連接方向垂直的方向上，傳感平板的側(cè)面與連接平板的相對部分相連，并且使得連接平板夾在中間；和一個傳感器基片，它的一部分與連接平板以及傳感平板的側(cè)面的至少一部分相連；其中膜片、連接平板、傳感平板和壓電元件形成諧振區(qū)。
并且在該第二種質(zhì)量傳感器中，在只在一個傳感平板上設(shè)置有壓電元件的情況下，最好是在另一個傳感平板上至少形成一個切口，其中在與傳感平板和連接平板的連接方向垂直的方向上沒有設(shè)置壓電元件。并且，從提高測量靈敏度的角度來看，在兩個壓電元件相應(yīng)地面對同一方向設(shè)置在兩個傳感平板的表面上的情況下，最好是將每個壓電元件的壓電薄膜的極化方向設(shè)置成彼此相反。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量傳感器作為第三種質(zhì)量傳感器，包括兩個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個傳感器基片；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連，并且被夾在中間，該組件跨接在傳感器基片上形成的凹進(jìn)部分的側(cè)面之間的縫隙之上；一個壓電元件；和一個傳感平板，在傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有壓電元件，在與膜片和連接平板的連接方向垂直的方向上它跨接在傳感平板的側(cè)面與凹進(jìn)部分的較低的側(cè)面之間的縫隙之上；其中膜片，連接平板，傳感平板和壓電元件形成諧振區(qū)。
這里，凹進(jìn)部分表示由彼此面對的側(cè)面和連接這些側(cè)面的底表面形成的區(qū)域。在本發(fā)明中，底表面不需要一定是平面，而可以變化成各種形狀，如形成一種空腔或形式一個凸起物，除非膜片的振蕩或諧振頻率的測量會受到影響。
接下來，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量傳感器作為第四種質(zhì)量傳感器，包括兩個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個傳感器基片；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連，并且被夾在中間，該組件跨接在傳感器基片上提供的凹進(jìn)部分的底側(cè)面之間的縫隙之上以便彼此相對；一個壓電元件；和四個傳感平板，在所述連接平板之間彼此面對的兩個所述傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有壓電元件，在與所述膜片和所述連接平板的連接方向垂直的方向上，它跨接在傳感平板的側(cè)面與凹進(jìn)部分的較低的側(cè)面之間的縫隙之上；和一個壓電元件，位于與所述連接平板正對的至少一個所述傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上；其中所述膜片、所述連接平板、所述傳感平板和所述壓電元件形成諧振區(qū)。
并且在該第四種質(zhì)量傳感器中，在出現(xiàn)任何沒有設(shè)置壓電元件的傳感平板的情況下，最好是在與傳感平板和連接平板的連接方向相垂直的方向上至少形成一個切口。另一方面，在兩個壓電元件相應(yīng)地設(shè)置在通過連接平板彼此相對的兩個傳感平板的表面上的情況下，最好是將每個壓電元件的壓電薄膜的極化方向設(shè)置成彼此相反。
接下來，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量傳感器作為第五種質(zhì)量傳感器，包括第一連接平板和第二連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上形成有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；第一膜片，在側(cè)面與所述的第一連接平板彼此相連接，和第二膜片，在側(cè)面與所述的第二連接平板彼此相連接，連接平板和在其上至少一個表面的一部分上設(shè)置有壓電元件的第一傳感平板被連接起來；和一個傳感器基片，在每個的側(cè)面與第一連接平板和第二連接平板相連接使得傳感器基片位于與第一膜片和第二膜片相對立的側(cè)面上；其中所述膜片，所述連接平板，所述傳感平板和所述壓電元件形成諧振區(qū)。
在這第五種質(zhì)量傳感器中，最好也是將相應(yīng)的側(cè)面連接起來使得第一連接平板被第二傳感平板和第一傳感平板夾在中間，和/或?qū)⑾鄳?yīng)的側(cè)面連接起來使得第二連接平板被第三傳感平板和第一傳感平板夾在中間，并且將第二傳感平板和第三傳感平板連接起來使得所有傳感平板至少在與連接平板連接的方向上與傳感器基片相連接。也就是說，由將相應(yīng)的傳感平板和相應(yīng)的連接平板連接而限制出的區(qū)域與傳感器基片提供的凹進(jìn)區(qū)域正好相配合是最好的。最好是在第二傳感平板和/或第三傳感平板的至少一個表面的至少一部分上設(shè)置壓電元件，或者在第二傳感平板和/或第三傳感平板中在與第一傳感平板和第一連接平板的連接方向相垂直的方向上形成一個或多個切口。此外，在第二傳感平板和第三傳感平板上設(shè)置有壓電元件的情況下，最好是將這些壓電元件的壓電薄膜的極化方向與第一傳感平板上提供的壓電元件的壓電薄膜的極化方向設(shè)置成彼此相反。
接下來，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量傳感器作為第六種質(zhì)量傳感器，包括第一連接平板和第二連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或在其上形成薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個傳感器基片；一個壓電元件；一個傳感平板；和第一膜片，在側(cè)面與第一連接平板彼此相連接，和第二膜片，在側(cè)面與第二連接平板彼此相連接，第一傳感平板跨接在這些連接平板之間的縫隙之上；和其中第二傳感平板和第一傳感平板與第一連接平板相連接使得它們的側(cè)面將第一連接平板夾在中間，并且所述第三傳感平板、第一傳感平板和第二連接平板的側(cè)面彼此相連使得第二連接平板被第三傳感平板和第一傳感平板夾在中間，并且在相應(yīng)的第二傳感平板和第三傳感平板的至少一個表面的至少一部分上設(shè)置壓電元件，并且傳感器基片上設(shè)置的凹進(jìn)區(qū)域的底部側(cè)面與第一連接平板和第二連接平板的側(cè)面相連接，該側(cè)面是與第一膜片和第一連接平板的連接側(cè)面相對立的側(cè)面，并且第二膜片和第二連接平板，以及第二傳感平板和第三傳感平板至少和凹進(jìn)區(qū)域的側(cè)面相連接。
并且在該第六個質(zhì)量傳感器中，最好也是在第一傳感平板中在與連接第一傳感平板的方向相垂直的方向上至少設(shè)置一個切口。
現(xiàn)在，在本發(fā)明的上述所有第一至第六質(zhì)量傳感器中，連接平板最好是由一個薄平板和另一個帶有一個或多個切口和/或開口區(qū)域的平板或圓柱狀彈性平板連接在一起構(gòu)成，并且膜片、連接平板、傳感平板、和傳感器基片最好是整體形成。并且連接平板本身最好也是整體形成的。
此外，為得到這種整體結(jié)構(gòu)，使用了一種方法，其中由薄平板形成一個連接平板，膜片和傳感平板由一個振動平板整體形成，并且另一個平板式或圓柱形彈性平板形成一個連接平板，由一個中間平板整體形成，并且連接平板通過層壓中間平板和振動平板整體形成，并且當(dāng)傳感器基片是通過層壓振動平板、中間平板和基板整體形成時，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器可以容易得到一個整體結(jié)構(gòu)。
此外，連接平板的薄壁區(qū)域的厚度最好做成比膜片和/或傳感平板的厚度更厚，特別是，如果將連接平板的薄壁區(qū)域的厚度做成比通過增加傳感平板的厚度和壓電元件的厚度得到的厚度更厚，計劃的靈敏度可以得到改善，這是更可取的。此外，最好是在傳感器基片上以任何可選擇的形狀形成一個或多個凹進(jìn)區(qū)域或通孔，和在每個凹進(jìn)區(qū)域或通孔的內(nèi)部圓形表面上形成諧振區(qū)域。
本發(fā)明的所有質(zhì)量傳感器都可適用于測量微質(zhì)量的變化。作為使用的一個方面，有一種方法，其中將吸收并與被感測物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的吸收物施加在膜片上，根據(jù)所測得諧振頻率的變化測量在吸收物還沒有吸收被感測物質(zhì)的狀態(tài)下的諧振區(qū)域的諧振頻率，和吸收物吸收被感測物質(zhì)之后該區(qū)域的諧振頻率，和已經(jīng)吸收的被測物質(zhì)的質(zhì)量。在使用該質(zhì)量傳感器的方法中，當(dāng)質(zhì)量傳感器有多個膜片時，至少有一個膜片上沒有施加吸收物，該膜片用來作為參考或類似功能。此外，通過在至少多個膜片中的每一個上施加不同種類的吸收物，可以同時感測不同種類的被測物質(zhì)。
在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中，不依賴上述的各方面，最好是在傳感器基片的至少兩個或多個位置上提供諧振區(qū)域使得通過將來自各個諧振區(qū)域的信號進(jìn)行積分?jǐn)U大動態(tài)范圍。此外，最好是在兩個傳感平板的表面上相應(yīng)地設(shè)置面對同一方向的兩個壓電元件，并且使得每個壓電元件的壓電薄膜的電極方向彼此相反。進(jìn)而，可能將至少一個壓電元件分割成兩個，并且一個用于驅(qū)動和另一個用于傳感，這一點將有助于改善靈敏度。另外，可以在一個諧振區(qū)域上提供兩個壓電元件，并且一個壓電元件用于驅(qū)動和另一個壓電元件用于傳感，由此可以得到同樣的效果。此外，最好是在連接平板的表面設(shè)置一個用于傳感的壓電元件。
盡管本發(fā)明的質(zhì)量傳感器可以用于任何環(huán)境中，當(dāng)它浸入在導(dǎo)電溶液中使用時，最好是提供一個位于傳感器基片上的膜片與壓電元件之間的中間位置上包括一對電極的位置傳感器，使得膜片浸入在溶液中但壓電元件沒有，從而主要引起膜片質(zhì)量的變化，并且避免壓電元件的短路。此外，如果用樹脂或玻璃絕緣外殼層將壓電元件、壓電元件的電極和與電極相連接的電導(dǎo)線包裹起來，將便于將質(zhì)量傳感器用在潮濕環(huán)境中或液體中。此時，最好使用碳氟樹脂或硅酮樹脂。此外，最好是包含導(dǎo)電元件的屏蔽層形成在該絕緣層的表面的至少一部分上，從而減少噪聲和提高測量靈敏度。
在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中，傳感器基片、膜片、連接平板、和傳感平板最好使用全部固化的氧化鋯或部分固化的氧化鋯制造。作為壓電元件的壓電薄膜，最好是使用主要由鉛鋯酸鹽、鉛鈦酸鹽、或鋁鎂鈮酸鹽組成的材料。最好是通過使用激光加工或機械加工進(jìn)行切邊修整實現(xiàn)膜片、連接平板、和傳感平板中至少任何一個的尺寸的調(diào)整。使用激光加工或機械加工進(jìn)行的切邊修整也可以適用于壓電元件的電極的尺寸調(diào)整，從而可以很容易地調(diào)整壓電元件的合適的電極區(qū)域。
現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明，提供一種質(zhì)量感測方法，包括提供一種質(zhì)量傳感器，包括一個連接平板，其上形成有一個或多個切口和/或開口區(qū)域和/或在連接平板中形成薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連接；至少一個在側(cè)面與連接平板彼此連接的傳感平板，和至少提供一個壓電元件使得所述連接平板和所述傳感平板的側(cè)面的至少一個區(qū)域與傳感器基片的側(cè)面的一部分相連接，和用所說的壓電元件至少根據(jù)v模式搖擺振蕩或vz模式搖擺振蕩測量諧振頻率，v模式搖擺振蕩就是所述膜片以垂直穿過所述連接平板和所述在中間的傳感器基片的連接平面的中間的垂直軸為軸，在與所述膜片的表面平行的方向和與所述垂直軸正交的方向進(jìn)行的直線形的往復(fù)振蕩，以及vz模式搖擺振蕩就是所述膜片以所述在中間位置的垂直軸為軸，在與所述膜片的表面相平行的方向和與所述垂直軸正交的方向，伴隨著在垂直于所述膜片的表面的方向的運動的搖擺式往復(fù)振蕩。
圖1顯示本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的一個實施例；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖2是安裝在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中的一種壓電元件的實施例的示意圖。
圖3是安裝在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中的另一種壓電元件的實施例的示意圖。
圖4是安裝在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中的再一種壓電元件的實施例的示意圖。
圖5是說明本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中膜片的v模式搖擺振蕩的示意圖。
圖6是說明本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中膜片的vz模式搖擺振蕩的示意圖。
圖7是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的另一個實施例的平面圖。
圖8是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖9是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖10是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖11是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖12是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖13是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖14是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖15是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖16是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖17是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖18是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖19是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖20是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖21是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖22是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖23是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的平面圖。
圖24是顯示在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器生產(chǎn)過程中使用的用作傳感器基片的半成品板材的加工的平面圖。
圖25是顯示在生產(chǎn)本發(fā)明的質(zhì)量傳感器時尺寸和形狀的調(diào)整的平面圖。
圖26是說明本發(fā)明質(zhì)量傳感器中使用的壓電元件的生產(chǎn)方法的示意圖。
圖27是顯示一個微質(zhì)量傳感器的基本結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖28是顯示一個傳統(tǒng)的微質(zhì)量傳感器的基本結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖29是顯示傳統(tǒng)的石英晶體摩擦真空計的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖30是是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖31是是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖32是是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖33是是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
圖34是是本發(fā)明質(zhì)量傳感器的又一個實施例的示意圖；(a)為平面圖；(b)為剖視圖。
由于本發(fā)明的質(zhì)量傳感器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中靈敏度的差別有賴于膜片上質(zhì)量變化的位置，并且膜片容易發(fā)生大幅度的振蕩，從諧振區(qū)域的諧振頻率的變化的具體值可以在短時間內(nèi)高精度地得知微質(zhì)量的變化。因而，質(zhì)量傳感器最好可以用來感測，例如，樣本中的微生物或化學(xué)物質(zhì)等等。以下將參考


本發(fā)明的實施例，重點在于包括施加在膜片上，吸收并只與特定的被測物質(zhì)反應(yīng)的吸收物的質(zhì)量傳感器，和該質(zhì)量傳感器的使用。
如上所述并且如下面所述，除了測量質(zhì)量的變化以外本發(fā)明的質(zhì)量傳感器具有許多用途。因此，本發(fā)明不限于以下的說明。
圖1(a)是平面圖以及沿虛線A-A的剖面圖(指在垂直于經(jīng)過虛線A-A的延展面的平面上的剖視圖，在下文中也有類似的用法)顯示了本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的一個實施例。在質(zhì)量傳感器1中，膜片2和其上形成有切口5的連接平板3在它們相對應(yīng)的側(cè)面彼此相連，并且兩個傳感平板4A和4B在側(cè)面與連接平板3相連接，使得連接平板3在與膜片2和連接平板3的連接方向(在Y軸方向上)成直角相交的方向上(在X軸方向上)被夾在中間。并且在傳感平板4A和4B的表面的一側(cè)相對應(yīng)地提供有壓電元件6A和6B，并且膜片2沒有作成與傳感器基片7相連，將連接平板3和傳感平板4A和4B側(cè)面的至少一部分做成與傳感器基片7的側(cè)面的一部分相連接(在這種情況下以適合傳感器基片7提供的凹進(jìn)部分的形式連接)。并且膜片2、連接平板3、傳感平板4A和4B、以及壓電元件6A和6B形成諧振區(qū)。
這里，切口5在連接平板3的縱向中心部分上形成，但這樣的位置并不是強制性的。然而，最好是切口5沿連接平板3的縱向中心線對稱地形成。此外，連接平板3和傳感平板4A和4B與傳感器基片7相連的側(cè)面的至少一部分對于連接平板3來講，可稱作與連接平板3和膜片2相連的側(cè)面相對的一個側(cè)面，對于傳感平板4A和4B來講，可稱作連接平板3上與傳感平板4A和4B相連的側(cè)面相對的一個側(cè)面。于是，傳感平板4A和4B不需要一定與傳感器基片7的凹進(jìn)的底表面相連接，但是最好是它與傳感器基片7的側(cè)面相連接。連接平板3和傳感平板4A和4B與傳感器基片7的這樣的連接方式適用于本發(fā)明下面提到的質(zhì)量傳感器。
順便說，膜片主要是指產(chǎn)生或經(jīng)受質(zhì)量變化的部分，并且是在后面描述的以各種模式振蕩或振動的元件；連接平板指連接膜片、傳感器基片和傳感平板的元件；傳感平板指由于膜片的運動而發(fā)生形變，并且將該應(yīng)變傳遞給壓電元件等安裝在表面上的傳感元件，或者與此相反，將由驅(qū)動元件如壓電元件等產(chǎn)生的應(yīng)變或振蕩或振動傳遞給膜片的元件。傳感器基片指支承諧振區(qū)域，安裝各種用于連接測量儀器的電極端子，并且在實際應(yīng)用中用于控制的元件。
在質(zhì)量傳感器1中，膜片2、連接平板3和傳感平板4A和4B不需要具有相同的厚度，但是為了形成平滑的表面最好是選取相同的厚度。結(jié)果，最好是膜片2、連接平板3、和傳感平板4A和4B由適當(dāng)?shù)钠桨逭w形成(以后稱之為“振動平板”)，其優(yōu)點在于為了便于生產(chǎn)中的組裝。于是，盡管在圖1(a)中用實線在膜片2、連接平板3、和傳感平板4A和4B之間的連接區(qū)域中顯示出界限，實際上并且最好是，膜片2、連接平板3、和傳感平板4A和4B是一個沒有結(jié)構(gòu)界限的整體結(jié)構(gòu)。
最好連接平板3和傳感平板4A和4B與傳感器基片7也直接并且整體形成。為了實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，最好是如在下面詳細(xì)說明的本發(fā)明質(zhì)量傳感器的制造中描述的，傳感器基片7是與振動平板和基板整體形成的。這里，為了保持傳感器1本身的機械強度，基板最好比振動平板厚。基板是指用來形成傳感器基片7的主要部分的一塊平板。
膜片2的厚度最好取3到20μm，并且更合適的是7到15μm，該值同樣適用于連接平板3以及傳感平板4A和4B。此時基板的厚度可以根據(jù)操作的容易程度靈活決定。
這種膜片2，連接平板3，傳感平板4A和4B以及傳感器基片7最好是由陶瓷材料制成，并且這些陶瓷材料包括，例如，固化氧化鋯，部分固化氧化鋯，氧化鋁，氧化鎂和氮化硅。其中，由于即使很小的厚度也具有高的機械強度，高剛度，以及與壓電薄膜和電極材料的低反應(yīng)率，固化/部分固化氧化鋯是最可取的。當(dāng)固化/部分固化氧化鋯作為用于傳感器基片7或類似結(jié)構(gòu)的材料時，最好是準(zhǔn)備一個振動平板使得至少如氧化鋁或二氧化鈦等添加劑可以保存在傳感平板4A和4B中。順便提一下，這些材料可以同樣適用于本發(fā)明的所有質(zhì)量傳感器。
此外，形成傳感器基片7的振動平板和基板不需要必須由同種材料形成，但可以使用上面提到的各種陶瓷材料的組合物。然而，從保證可靠性和簡化生產(chǎn)工藝的角度來看最好用同樣的材料整體制造。
現(xiàn)在，壓電元件6A和6B方面包括如圖2所示的由第一電極85、壓電薄膜86、和層壓在傳感平板89上的第二電極87組成的壓電元件88，或者如圖3所示的具有鋸齒型結(jié)構(gòu)的壓電元件94A，其中壓電薄膜90設(shè)置在傳感平板89上，并且第一電極91和第二電極92在壓電薄膜90的頂部形成具有固定寬度的間隙93。此外，圖3中的第一電極91和第二電極92可以在傳感平板89和壓電薄膜90之間的表面上形成。進(jìn)而，如圖4所示，壓電元件94B也可以由嵌入在鋸齒形的第一和第二電極91，92中的壓電薄膜90形成。這里，使用圖3和4所示的鋸齒形電極時，可以通過減少齒距D提高測量精度。此外，在質(zhì)量傳感器1中，壓電元件6A和6B提供有電導(dǎo)線使得其可以與相應(yīng)的電極耦合，但圖1(a)中省略了這些電導(dǎo)線。
盡管由壓電陶瓷制成的壓電薄膜適合于在壓電元件6A和6B中使用，也可以使用電致伸縮陶瓷或鐵電體陶瓷。這些材料可能需要或不需要進(jìn)行極化處理。
壓電陶瓷包括，例如，鉛鋯酸鹽、鉛鈦酸鹽、鉛鎂鈮酸鹽、鉛鎂鉭酸鹽、鉛鎳鈮酸鹽、鉛鋅鈮酸鹽、鋁錳鈮酸鹽、鉛銻錫酸鹽、鉛錳鎢酸鹽、鉛鈷鈮酸鹽、和鋇鈦酸鹽，或者上述陶瓷的任何組合，但在本發(fā)明中，最好是使用主要包含由鉛鋯酸鹽、鉛鈦酸鹽和鋁鎂鈮酸鹽為主要成分制成的材料。這是因為該種材料不僅具有高的電機械耦合因素和壓電常數(shù)，而且與燒結(jié)在壓電薄膜上的傳感器基片構(gòu)件的反應(yīng)率低，并且可以以預(yù)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固地形成。
此外，可以使用由鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳、鈰、鎘、鉻、鈷、銻、鐵、釔、鉭、鋰、鉍、錫的氧化物，或單獨的氧化物，或上述部分氧化物的組合，或者適當(dāng)?shù)卦谔沾芍性黾悠渌煞謽?gòu)成的陶瓷。例如，一種由鉛鋯酸鹽、鉛鈦酸鹽和鉛鎂鈮酸鹽為主要成分，還包含鑭或鍶的陶瓷材料也是可取的。
在另一方面，壓電元件6A和6B中的第一電極和第二電極最好是由在室溫下固化和導(dǎo)電的金屬形成，并且，例如，鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、鈀、銠、銀、錫、鉭、鎢、銥、鉑、金、鉛等金屬，或者類似的單金屬，或者這些金屬的部分合金都可以使用，并且進(jìn)而，可以使用與分散在壓電薄膜或傳感平板的材料中的材料相同的金屬陶瓷材料。
此外，用于第一電極和第二電極的材料的實際選擇取決于用來形成壓電薄膜的方法。例如，當(dāng)上面所述的壓電元件88已經(jīng)形成時，首先在傳感平板4A和4B上形成第一電極85，然后通過燒結(jié)在第一電極85上形成壓電薄膜86，第一電極85必須由鉑等熔點高的金屬制成，它們不會受燒結(jié)壓電薄膜86的溫度的影響。反之，由于形成壓電薄膜86之后在壓電薄膜86上的第二電極87的形成可以在低溫下實現(xiàn)，可以使用鋁等低熔點的金屬。
盡管壓電元件88可以通過與電極共同燒結(jié)整體形成，在這種情況下，第一電極85和第二電極87都必須用具有高熔點的可以經(jīng)受燒結(jié)壓電薄膜86的溫度的金屬制成。另一方面，當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O91，92在壓電薄膜90上形成時，如圖3所示，所有電極可以用具有低熔點的同一金屬制成。從而，可以根據(jù)壓電薄膜86的燒結(jié)溫度，和壓電元件的結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)剡x取用于第一和第二電極的金屬。
由于壓電薄膜的面積擴展時產(chǎn)生一個問題，其中盡管由于輸出電荷的增加使靈敏度提高，但是，傳感器的尺寸卻變大，壓電薄膜的面積最好以適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)計成足夠的尺寸。此外，由于壓電薄膜的厚度減小時產(chǎn)生一個問題，其中盡管靈敏度提高，壓電薄膜的剛度卻下降。因而，傳感平板4A和4B以及壓電薄膜的總厚度適合為15到50μm。壓電元件的結(jié)構(gòu)和使用的材料與本發(fā)明的所有質(zhì)量傳感器的相同。
在質(zhì)量傳感器1中，連接平板3上設(shè)有切口5，由此連接平板3的質(zhì)量減小，并且為了提高靈敏度將膜片2和連接平板3之間的質(zhì)量比(即膜片的質(zhì)量除以連接平板的質(zhì)量)增大，并且進(jìn)而，使得膜片2容易以下面所述的v形振蕩或振動減小了膜片2中靈敏度的下降。
最好是將該質(zhì)量比(膜片2的質(zhì)量/連接平板3的質(zhì)量)設(shè)計成不小于0.1，并且根據(jù)膜片2的厚度和面積，在該質(zhì)量比的范圍內(nèi)以足夠的比率中按照合適的方式設(shè)計。
作為膜片2的振蕩方式，最好是使用，v模式，此時膜片2相對于X軸振蕩；或者vz模式，此時膜片2相對于X軸伴隨著垂直于紙面的Z軸方向(與X軸和Y軸都垂直的方向)的分量振蕩，并且這些振蕩模式的使用可以使由于質(zhì)量改變或在膜片2中的位置不同引起的靈敏度的差別減小。此外，由于這些振蕩模式是使用膜片2的邊緣的剛體模式，并且由于膜片2很薄，它們很少受到外界環(huán)境如密度和粘度的影響，并且從而，它抗溫度變化，具有極高的靈敏度，并且具有良好的抗環(huán)境干擾力。由于這些特征，即使膜片2或整個質(zhì)量傳感器1浸入在液體中仍可以使用質(zhì)量傳感器1。
下面詳細(xì)介紹，v模式和vz模式。圖5顯示v模式，和顯示從Y軸方向看圖1(a)中質(zhì)量傳感器1中膜片2在從圖1(a)中X軸方向的運動。這里，處于沒發(fā)生振蕩的狀態(tài)的膜片2的頂部側(cè)面2F位于P1的位置，但膜片2相對于膜片2的內(nèi)表面的X軸方向以v模式振蕩，并且?guī)缀醪话╕軸方向的振蕩分量。于是，膜片2的頂部側(cè)面2F的運動可以描述為沿X軸在位置P2和位置P3之間交互移動地振蕩。在本發(fā)明中，這種振蕩運動被定義為v模式。
接下來，圖6顯示了vz模式，并且，與圖5相同，顯示從Y軸方向看圖1(a)中膜片2在X軸方向的運動。這里，沒發(fā)生振蕩的狀態(tài)的膜片2的頂部側(cè)面2F也是位于P1的位置。作為vz模式，膜片2在與X軸平行的方向上振蕩，但幾乎不包括Y軸方向的振蕩分量，并且伴隨著由Z軸方向分量產(chǎn)生的振蕩，并且由此膜片2的頂部側(cè)面2F的運動可以描述為在以Z軸方向上的一點O為旋轉(zhuǎn)中心的弧形軌跡上經(jīng)過點P1在位置P4和位置P5之間的反復(fù)振蕩。在本發(fā)明中，這種振蕩運動被描述為vz模式。
此外，這些不同的運動模式意味著膜片2在相應(yīng)方向上的運動比前面提到的對應(yīng)方向上的運動占優(yōu)勢，但是不表示完全不包括這些所述方向以外的分量。在描述后面的各種實施例時這一說明同樣可以適用于所提到的運動模式。
在質(zhì)量傳感器1中，除了上述v模式，vz模式外，也可以使用膜片2相對于Z軸方向象翅膀一樣振蕩的彎曲模式，或者膜片2圍繞基軸Y軸以旋轉(zhuǎn)方式振蕩的軸旋轉(zhuǎn)模式。但是，在彎曲模式中，膜片2的表面容易受外部阻力的影響，并且該結(jié)果很大，這是一個問題；以及在軸旋轉(zhuǎn)模式中，膜片2的質(zhì)量分布的位置的不同，例如在中間部位和在左端部或右端部，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)動慣量的差別容易造成傳感誤差，這一點是不利的。
現(xiàn)在，在質(zhì)量傳感器1中，當(dāng)AC電壓作用在一個壓電元件的壓電薄膜上時，例如壓電元件6A，由于壓電常數(shù)d31或d33壓電薄膜中產(chǎn)生擴張和收縮的振蕩，并且傳感平板4A中產(chǎn)生彎曲運動。這一運動傳遞給膜片2，膜片2以與作用在壓電薄膜上的AC電壓的頻率相同的頻率振蕩，并且當(dāng)AC電壓的頻率是某一特定頻率時，上述v模式或類似模式產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。通過測量由壓電元件6A本身引起的諧振頻率的變化，可以檢測出膜片2的質(zhì)量存在的變化。此外，可以測量出由所有壓電元件6A和壓電元件6B相應(yīng)引發(fā)的壓電元件6A和壓電元件6B提供給膜片2的激振的諧振頻率。
另一方面，當(dāng)膜片2受外加的激振力或類似力作用而振蕩時，在傳感平板4A和4B中產(chǎn)生彎曲/扭曲振蕩，從而當(dāng)壓電元件6A和6B具有與壓電元件88類似的結(jié)構(gòu)時在平板式壓電薄膜86中產(chǎn)生擴張和收縮振蕩，并且在壓電薄膜86的電機械耦合因素k31(壓電常數(shù)d31)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生電壓。此外，當(dāng)壓電元件6A和6B是具有鋸齒形電極結(jié)構(gòu)的壓電元件94A和94B時，在K33(d33)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生常量電壓。通過感測該電壓值的P-P值和感測P-P值達(dá)到最大時的頻率，可以相應(yīng)地感測出v模式和vz模式中的諧振頻率，并且可以得知質(zhì)量的變化。最好是通過同時使用壓電元件6A和6B測量諧振頻率，但也可以只使用其中之一進(jìn)行測量。
此外，在本發(fā)明中，盡管壓電元件最好是由利用上述d31或k31代表的電場感應(yīng)形變的橫向效應(yīng)的元件，或者由d33或k33代表的電場感應(yīng)形變的縱向效應(yīng)的元件構(gòu)成，其也可以由利用d15或k15及類似符號代表的電場感應(yīng)形變的滑動效應(yīng)的元件構(gòu)成。
此外，在下述相應(yīng)模式下感測，最好是不僅感測涉及第一階的諧振頻率還要感測涉及第二階和第三階等更高階的諧振頻率。例如，在第一階諧振頻率中，當(dāng)除了v模式或vz模式以外與在設(shè)計階段的v模式或vz模式接近的振蕩模式下諧振頻率，在與它不接近的其他更高階的諧振頻率下感測能夠提高確定精度。
現(xiàn)在，如在質(zhì)量傳感器1中所示，在壓電元件6A和6B相應(yīng)地在相同方向上設(shè)置在傳感平板4A和4B的相應(yīng)表面上的情況下，為了提高測量靈敏度最好是將在一個傳感平板4A上設(shè)置的壓電元件6A的壓電薄膜的極性方向與在另一個傳感平板4B上設(shè)置的壓電元件6B的壓電薄膜的極性方向設(shè)計成彼此方向相反。此外，通過將其中一個壓電元件6A用來驅(qū)動(激勵)膜片2并且另一個6B用來傳感(接收)可以提高測量靈敏度。進(jìn)而，通過對相應(yīng)的壓電元件6A和6B感測到的信號進(jìn)行比較操作，可以擴展動態(tài)范圍。
另外，在質(zhì)量傳感器或本發(fā)明中，如果至少壓電元件中的一個形成在兩個傳感平板中的任何一個上會更好。即使在這種情況下，可以實現(xiàn)靈敏度的提高，并且例如，在質(zhì)量傳感器1只提供壓電元件6A的情況下，壓電元件6A可以在Y軸方向上被分成兩個壓電元件由此形成和提供兩個壓電元件，其中之一用于驅(qū)動并且另外一個用于傳感。這里，這種分開的壓電元件6A既可以用在提供該壓電元件6A之后通過激光加工或類似處理將壓電元件6A分割的方法形成，也可以使用在提供壓電元件6A時提供已經(jīng)分開的壓電元件6A的方法形成。
另外，在一個質(zhì)量傳感器1中設(shè)置兩個壓電元件的情況下，一個壓電元件分別在一個傳感平板的全部表面的，也就是在兩部分至少一部分上，并且將感測到的信號的結(jié)果用比較操作進(jìn)行處理從而減小噪聲，可以減小其他振蕩模式的影響，并且提高測量靈敏度。
此外，可以在兩個傳感平板的全部表面上設(shè)置壓電元件，在此種情況下提供的壓電元件數(shù)為四個。進(jìn)而，在這四個壓電元件中，任選其中之一可以進(jìn)一步如上面所述沿Y軸方向分割。在這種情況下，信號操作，和驅(qū)動/傳感等功用將分別分派給相應(yīng)的壓電元件從而可以提高測量精度，但帶來的問題是生產(chǎn)工藝(壓電元件的形成過程)復(fù)雜化。也就是說，考慮量級、精度和生產(chǎn)成本等因素，在被感測的質(zhì)量的基礎(chǔ)上決定需要提供的壓電元件的數(shù)目。
另外，考慮到靈敏度的調(diào)整，除了上面所述的通過調(diào)整膜片和連接平板之間的質(zhì)量比以及選擇如何使用壓電元件的方法外，也可以使用減小膜片的厚度和增大被測物質(zhì)與膜片之間的質(zhì)量比(被測物質(zhì)的質(zhì)量/膜片的質(zhì)量)這一方法。
接下來，說明質(zhì)量傳感器1的使用。作為質(zhì)量傳感器1使用的一個方面，存在吸收被測物質(zhì)并與之反應(yīng)的吸收物作用在膜片2上的情況。在這種情況下，由于處于被測物質(zhì)沒有被膜片2上的吸收物吸收的狀態(tài)，諧振區(qū)域的諧振頻率與吸收被測物質(zhì)后諧振區(qū)域的諧振頻率不同，取決于吸收的被測物質(zhì)的質(zhì)量，可以通過測量壓電元件6A和6B中諧振頻率的變化按順序檢測已經(jīng)被吸收物吸收的被測物質(zhì)的質(zhì)量。以被檢測物質(zhì)可以以引起疾病的抗原為例，而吸收物質(zhì)可以以這種抗層的抗體為例。
關(guān)于測量方法，在這種情況下，更多的特殊測量方法包括一種方法，其中吸收物作用在膜片2上，膜片2浸入在包含被測物質(zhì)的液體中，或者暴露在特定氣體等氣體環(huán)境中，通過吸收物吸收被測物質(zhì)來改變膜片2的質(zhì)量，并且利用壓電元件6A和6B測量諧振區(qū)域的諧振頻率的變化。也可以在膜片2浸入到吸收物中并且被測物質(zhì)被吸收物吸收之后，膜片2在空氣中干燥后測量諧振頻率。這里，無需說明可以使用上述各種諧振模式和各種壓電元件模式。
當(dāng)膜片2的質(zhì)量從初始狀態(tài)減少時，質(zhì)量傳感器1也可以用于測量質(zhì)量的減少。例如，當(dāng)作用在膜片2上的物質(zhì)在特定溶液中特別小量地被腐蝕或溶解時使用的吸收物由于某些原因而剝落，或者當(dāng)除了吸收物以外某一特殊的化學(xué)物質(zhì)作用在膜片2上時，傳感器1可以用來測量這些物質(zhì)由于蒸發(fā)或者分解或類似反應(yīng)而產(chǎn)生的質(zhì)量的變化。
如上所述，通過應(yīng)用將質(zhì)量傳感器1放置于引起諧振區(qū)域的諧振頻率變化的環(huán)境中的測量原理，質(zhì)量傳感器1可以用來測量各種物理和化學(xué)量。盡管以下將用例子詳細(xì)說明，利用噴涂在膜片上的物質(zhì)質(zhì)量的變化，質(zhì)量傳感器1可以用來作為蒸汽噴涂薄膜的厚度計或者濕潤指示器，利用膜片放置的環(huán)境如真空、粘度和溫度等的真空計、粘度計或溫度傳感器。
接下來，圖7顯示出使用上述質(zhì)量傳感器1的另一個實施例的質(zhì)量傳感器10的平面圖。在質(zhì)量傳感器10中，兩個諧振區(qū)域(諧振區(qū)域11A和11B)具有與質(zhì)量傳感器1相同的結(jié)構(gòu)。由于諧振區(qū)域11A和11B的詳細(xì)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量傳感器1的結(jié)構(gòu)相同，此處不再說明。盡管諧振區(qū)域11A和11B的使用方法與質(zhì)量傳感器1的使用方法相似，通過在如質(zhì)量傳感器10的傳感器上形成兩個或更多個諧振區(qū)域，通過積分來自每個諧振區(qū)域的信號可以擴展動態(tài)范圍，并且至少一個諧振區(qū)域可以用來作為參考或者用來測量其他物理量。
形成在傳感器基片17上的定位孔18在質(zhì)量傳感器10的包裝和生產(chǎn)程序中用來作為定位標(biāo)志，并且傳感器基片17最好象質(zhì)量傳感器1似的通過層壓一個振動平板和一個基板整體形成。最好是膜片12A和12B、傳感平板14A至14D，和在諧振區(qū)域11A和11B上的連接平板13A和13B由振動平板整體形成，并且在連接平板13A和13B中形成切口15A和15B。電導(dǎo)線19A至19D由來自每個具有一對由傳感平板14A至14D提供的電極的壓電元件16A至16D提供，直到傳感器基片17的底部，并且電導(dǎo)線19A至19D的端部與測量裝置上用作探針的接頭或類似物連接。
此外，位置傳感器20包括一對位于質(zhì)量傳感器10上的電極。當(dāng)質(zhì)量傳感器浸入在液體溶液等導(dǎo)電樣本中時位置傳感器20導(dǎo)電，并且感測被浸入的質(zhì)量傳感器10的位置。也就是說，作為一個導(dǎo)電樣本，當(dāng)位置傳感器20高出水平形成的部分浸入在樣本中時，并且質(zhì)量傳感器10低于位置傳感器20發(fā)生反應(yīng)的位置的部分沒有浸入樣本中，可以防止壓電元件16A至16D及電導(dǎo)線19A至19D發(fā)生短路。不用說，位置傳感器20也可以在上述質(zhì)量傳感器1的傳感器基片上形成。然而，當(dāng)壓電元件16A至16D和電導(dǎo)線19A至191用絕緣樹脂或類似物包裝起來時，由于即使質(zhì)量傳感器10浸入在導(dǎo)電樣本中時壓電元件16A至16D和電導(dǎo)線19A至19D也不會發(fā)生短路，不需要位置傳感器的保護(hù)措施。而且，當(dāng)質(zhì)量傳感器1浸入在液體中時，并且質(zhì)量傳感器1的深度受控制，質(zhì)量傳感器1的深度可以容易由位置傳感器20控制。
現(xiàn)在，在質(zhì)量傳感器10中，諧振區(qū)域11A和11B利用傳感器基片17上的開口的環(huán)狀面21A和21B提供。于是，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器最好具有這樣的結(jié)構(gòu)，即在傳感器基片上形成一個或更多個開口區(qū)，并且形成諧振區(qū)域使得兩個傳感平板和兩個連接平板在各自的開口區(qū)彼此相匹配。
另一方面，可以在傳感器基片的邊緣區(qū)域提供諧振區(qū)域，例如，可以考慮的一方面在于在圖7所示的質(zhì)量傳感器10的上邊緣提供的凹形區(qū)域，并且諧振區(qū)域設(shè)置在該凹形部位。在這種情況下，然而，由于薄板形膜片12A和12B從傳感器基片17的邊緣區(qū)域突出出來，在運裝質(zhì)量傳感器10時應(yīng)注意不要損害膜片12A和12B。于是，當(dāng)考慮保護(hù)諧振區(qū)域11A，11B不受外來沖擊時，最好采用圖7所示的傳感器基片17中具有諧振區(qū)域11A和11B的結(jié)構(gòu)。最好這種結(jié)構(gòu)也適用于下面所述的質(zhì)量傳感器的生產(chǎn)。此外，它適于通過增大膜片12A和12B與開口21A和21B的上沿之間的距離來減小傳感器振蕩的反射波的影響從而降低噪聲。為減少噪聲，最好將膜片12A和12B設(shè)置成從傳感器基片17向外突出。
另外，最好通過考慮質(zhì)量傳感器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)法減少由于傳感器振蕩的反射波引發(fā)的噪聲，并且另一方面，例如，當(dāng)質(zhì)量傳感器用于液體中時考慮液體容器的材料和形狀。例如，為減少來自容器壁表面的反射的目的，最好用彈性樹脂或類似物作為容器的材料，或者用橡膠類或凝膠類硅樹脂或彈性環(huán)氧樹脂等彈性樹脂包裝容器的內(nèi)壁。此時，選擇材料時最好也考慮聲波的頻段。進(jìn)而，由于考慮容器的形狀，最好根據(jù)膜片的振蕩模式改變?nèi)萜鞯膬?nèi)壁的形狀使得反射波不會返回給膜片。
接下來，將說明當(dāng)質(zhì)量傳感器10用作免疫傳感器時本發(fā)明的質(zhì)量傳感器10的使用方法。兩個諧振區(qū)域11A和11B 之一(11A)被用作傳感諧振區(qū)域11A并且傳感諧振區(qū)域11A的膜片12A上作用有只與被測物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的吸收物，如致病病毒，并且吸收它。例如，抗原的組合用作被測物質(zhì)，和抗體用作吸收物可以用作例子，并且這種組合可以是人類血清蛋白質(zhì)/非人類血清蛋白質(zhì)抗體和人類免疫蛋球白/非人類免疫蛋球白抗體。反之，另一個諧振區(qū)11B用來作為參考諧振區(qū)域11B，吸收物不作用在膜片12B上。
并且諧振區(qū)域11A和11B都浸入在或放在同一樣本上。當(dāng)在樣本中被測物質(zhì)被吸收物反應(yīng)和吸收時，感測諧振區(qū)域11A的膜片12A的質(zhì)量增加，并且諧振區(qū)域11A的諧振頻率相應(yīng)于膜片12A的質(zhì)量的增加而發(fā)生變化。作為其結(jié)果，通過測量諧振區(qū)域11A的諧振頻率的變化，可以測得被測物質(zhì)是否已經(jīng)被膜片12A吸收，也就是說，被測物質(zhì)是否已經(jīng)進(jìn)入樣本，和可以測量質(zhì)量的增加。在很多情況下，由于樣本是液體或氣體等流體，可以通過比較來自諧振區(qū)域11A和11B的信號測試樣本，而不會受到樣本的種類、流速和流體溫度或測試環(huán)境等物理因素的影響。
此外，當(dāng)諧振區(qū)域11A和11B用來作為感測諧振區(qū)域11A和參考諧振區(qū)域11B時，相應(yīng)地，可以避免被測物質(zhì)在參考諧振區(qū)域11B上的粘附，并且通過用聚四氟乙烯包裝參考諧振區(qū)域11B可以提高測量精度。同樣在感測諧振區(qū)域11A中，為了確保提高測量精度只在吸收膜片12A上的被測物質(zhì)最好用聚四氟乙烯包裝除膜片12A以外的其他區(qū)域。進(jìn)而，由于昂貴的抗體等吸收物作用在最小化的所需區(qū)域上，這也是基于經(jīng)濟(jì)原因最可取的。
另一方面，可以使用一種通過在諧振區(qū)域11A和11B的膜片12A和12B上作用同樣的吸收物，和將來自諧振區(qū)域11A和11B的信號進(jìn)行積分?jǐn)U展動態(tài)范圍的方法。進(jìn)而，可能不需要將參考諧振區(qū)域11B用作參考，但為了同時感測不同種類的被測物質(zhì)，可以使用與作用在感測諧振區(qū)域11A上的吸收物不同的吸收物。
現(xiàn)在，質(zhì)量傳感器10具有如圖7所示在傳感器基片17的橫向(水平方向)設(shè)置的結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)質(zhì)量傳感器10浸入在某種液體或類似的樣本中時，或者為了將被測物質(zhì)作用在膜片12A和12B上時將膜片12A和12B浸入在被測物質(zhì)中時，兩個諧振區(qū)域11A和11B都同時浸入在樣本中。
而當(dāng)兩個諧振區(qū)域11A和11B在傳感器基片17的垂直方向(上下方向)排列時，也就是說，當(dāng)兩個諧振區(qū)域11A和11B如此設(shè)置時使得感測諧振區(qū)域11A首先浸入在液體或類似物中，并且參考諧振區(qū)域11B沒有浸入在液體或類似物中，容易將吸收物只施加在感測諧振區(qū)域11A上，以及為了將其用作為一個溫度補償傳感器或類似的傳感器，參考諧振區(qū)域11B上沒有施加任何物質(zhì)。
接下來，將說明本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的其它實施例。平面8中示出的質(zhì)量傳感器22是用絕緣構(gòu)件將壓電元件6A和6B以及作用在壓電元件6A和6B上的電導(dǎo)線9A和9B包裝起來的質(zhì)量傳感器1，并且絕緣層36用導(dǎo)電構(gòu)件覆蓋和屏蔽起來?？梢酝ㄟ^該屏蔽層37將外來的電磁波等噪聲變得最小化，并且可以努力使得測量精度得以提高。這里無需說明，這種絕緣層36和屏蔽層37的形式可以適用于本發(fā)明的所有質(zhì)量傳感器。此外，可以在傳感器基片7的所有表面上形成屏蔽層37以使得通過過孔38實現(xiàn)電連接。
作為在絕緣層36中使用的絕緣構(gòu)件，最好是使用絕緣樹脂或玻璃；然而，從模型制作的角度出發(fā)，使用絕緣樹脂是最可取的。作為特別可取的絕緣樹脂是碳氟樹脂，并且尤其是，最好使用四氟乙烯基特氟隆(Teflon PTFE)，四氟乙烯-六氟乙烯共聚物特氟隆(Teflon FEP)，四氟乙烯-全氟烷基乙烯基以太共聚物特氟隆(Teflon PFA)，和PTFE/PFA復(fù)合特氟隆。此外硅酮樹脂(尤其是熱固硅酮樹脂)也適合使用，并且根據(jù)需要也可以使用丙烯酸鹽樹脂或者環(huán)氧樹脂。對應(yīng)于壓電元件6A和6B及其附近區(qū)域，和電導(dǎo)線9A和9B及其附近區(qū)域最好使用不同材料形成絕緣包裝材料。進(jìn)而，為了調(diào)整諧振區(qū)域的剛性最好在絕緣樹脂中加入無機或有機填充物。
另一方面，用作屏蔽層37的導(dǎo)電材料最好使用金屬，包括適于通過噴鍍或類似方法在低溫下形成薄膜的金屬材料，如鋁、鎳、銅、鈀、銀、錫、物、鉑和金等類似的金屬，可以單獨使用或合金使用。也可以使用包括這些金屬粉末的導(dǎo)電粘結(jié)劑等金屬膠。
接下來，平面9(a)和9(b)顯示的是在質(zhì)量傳感器1中以不同方式設(shè)置的形式或位置的一個實施例。如圖9(a)中所示的質(zhì)量傳感器23中，切口5形成在與傳感器基片7的連接部分中的一點，膜片2容易以剛體模式振蕩(v模式和vz模式)是可取的。另外，圖9(b)中的質(zhì)量傳感器24具有防止由壓電元件6A和6B產(chǎn)生的驅(qū)動力被在連接平板3上形成的切口5吸收的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果在于使得膜片2容易以v模式產(chǎn)生振蕩和容易識別出諧振頻率。
在平面10(a)和(b)中顯示的質(zhì)量傳感器25和26中顯示了開口區(qū)8額外形成在切口上的實施例，并且開口區(qū)8的形成是為了減小連接平板3的質(zhì)量，并且為了提高靈敏度該質(zhì)量比(即膜片2的質(zhì)量除以連接平板3的質(zhì)量)可以做得更大。另外，在本發(fā)明中，切口5關(guān)系到在連接平板3的一個方向上具有縱向形狀的區(qū)域，以及在另一方面，開口區(qū)域8關(guān)系到在某一點為對稱形狀或者在某一點準(zhǔn)對稱的空間區(qū)域，所有部件都可以在形狀上不同，盡管如此，不會有任何功能上的差別。
在平面11(a)至(c)所示的質(zhì)量傳感器27至29顯示的是用多個開口區(qū)8代替切口5的實施例，并且開口區(qū)8的形狀設(shè)計成減少連接平板3的質(zhì)量。開口區(qū)8的形狀不僅限于質(zhì)量傳感器27中形成的矩形，并且除了質(zhì)量傳感器28和29中形成的圓形以外，多邊形、橢圓形、或細(xì)長的圓形也可以。開口區(qū)8最好形成和設(shè)置在連接平板3中，并且可取的是相對于連接平板3的縱向的中心線對稱設(shè)計，并且更可取的是在縱向的中心點。此外，在圖9至11所示的上面所述的質(zhì)量傳感器23至29中，構(gòu)件的部分不再標(biāo)號。然而，此處的結(jié)構(gòu)明顯是與質(zhì)量傳感器1相兼容的。
至此，已經(jīng)描述了在連接平板上提供有切口和/或開口區(qū)的本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的實施例，并且對于那些質(zhì)量傳感器，連接平板的厚度和膜片的厚度是相同的。于是，為了提高靈敏度將膜片的厚度做薄帶來一個問題在于由于連接平板的強度小該系統(tǒng)容易破裂。另外，諧振頻率容易下降，并且為了獲得v模式和vz模式等剛體模式的振蕩，引發(fā)了這樣一個問題即彎曲模式或旋轉(zhuǎn)模式容易以混合方式存在。
因此，在本發(fā)明中，作為解決這些問題的一個質(zhì)量傳感器，提供了圖12所示的質(zhì)量傳感器40。在平面圖也就是在圖12(a)中沿虛線A-A的剖視圖中，提供的質(zhì)量傳感器40的部件中每個之間都有清晰的界限，但如圖12(b)中所示，質(zhì)量傳感器40最好具有與前面提到的質(zhì)量傳感器1等相似的整體結(jié)構(gòu)。
在質(zhì)量傳感器40中，膜片2和連接平板39包括在它們相應(yīng)的側(cè)面彼此相連的薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域，并且兩個傳感平板4A和4B在側(cè)面與連接平板39相連從而使得連接平板39在與膜片2和連接平板39連接方向成十字交叉的方向上被夾在中間，并且膜片2沒有做成與傳感器基片7連接，將連接平板39和傳感平板4A和4B側(cè)面的至少一部分與傳感器基片7的側(cè)面的一部分相連。此外，同樣在質(zhì)量傳感器40中，在傳感平板4A和4B上提供壓電元件6A和6B，并且諧振區(qū)域包括膜片2、連接平板39和傳感平板4A和4B，以及壓電元件6A和6B。
質(zhì)量傳感器40的結(jié)構(gòu)特點在于連接平板39的結(jié)構(gòu)，并且在連接平板39中，橫向的中心區(qū)域的至少一部分比橫向的左右部分更薄。通過將與膜片2具有同樣厚度的薄連接平板表面的左右部分上的彈性平板41A和41B相連形成這種連接平板39。于是，連接平板39在橫向中心部分具有與膜片2相同的厚度。其它質(zhì)量傳感器10的其它構(gòu)件與前面提到的質(zhì)量傳感器1相同。此外，薄連接平板和彈性平板41A和41B最好整體形成，并且如下所述，用陶瓷半成品膠板通過層壓很容易生產(chǎn)。
另外，連接平板39的薄壁部分不限于在橫向中間部分，但如果所述部分是根據(jù)橫向的中心線對稱形成則可以這樣做。
連接平板39采取這樣的結(jié)構(gòu)可能保證機械強度和減少其質(zhì)量，并且由此，提高了設(shè)計的靈敏度和消除了旋轉(zhuǎn)模式，并且提高了v模式和vz模式的諧振頻率以及不會發(fā)生進(jìn)一步的機械損傷，這一點是可取的。此外，當(dāng)壓電元件6A和6B驅(qū)動膜片2時，在設(shè)有切口的情況下不會被切口吸收力，并且由此驅(qū)動力能夠傳遞給整個連接平板。于是，這些特點使得能夠使用質(zhì)量傳感器40，尤其是，在液體中實現(xiàn)導(dǎo)電測量。
接下來，圖34中所示的質(zhì)量傳感器49代表使用彈性平板41A和41B的另一個實施例，并且圖(a)是平面圖，圖(b)是沿圖(a)中的虛線A-A的剖視圖，并且圖(c)是相應(yīng)地沿圖(a)中的虛線B-B的剖視圖。質(zhì)量傳感器49形成的使得連接平板39的薄壁部分厚于傳感平板4A和4B以及膜片2，在這一點質(zhì)量傳感器49不同于圖12所示的質(zhì)量傳感器40。
在使用具有這種結(jié)構(gòu)的連接平板39的情況下，甚至是具有大的膜片的質(zhì)量傳感器，例如，容易將彈性平板41A和41B之間的距離加大從而有利于產(chǎn)生v模式和vz模式的振蕩。這是由于壓電元件6A和6B的驅(qū)動力幾乎沒有被分開的彈性平板41A和41B之間的空間區(qū)域吸收，從而由變得容易獲得的預(yù)定的振蕩模式導(dǎo)致的。此外，使得只有連接平板39的薄壁區(qū)域與傳感平板4A等相比更厚，才可能與加厚傳感平板4A等時相比的情況下提高靈敏度。
此外，在質(zhì)量傳感器49的連接平板39中，特別是，連接平板39的薄壁區(qū)域的厚度最好做成比傳感平板4A(或4B)和壓電元件6A(或6B)的厚度之和更厚。在這種情況下，可以有效保持連接平板39的剛度，并且從振蕩模式和靈敏度的角度來看帶來更好的結(jié)果。前面提到的質(zhì)量傳感器49中連接平板39的結(jié)構(gòu)可以適用于本發(fā)明的所有質(zhì)量傳感器。
除此之外，如圖13所示的質(zhì)量傳感器42的所有薄連接平板的表面上提供有彈性平板，在這種情況下，為了生產(chǎn)程序最好使用具有與為了在設(shè)有壓電元件6A和6B的側(cè)面上形成彈性平板41C和41D的壓電元件6A和6B的結(jié)構(gòu)相同的彈性平板，因為彈性平板41C和41D和壓電元件6A和6B可以在同一時間形成。然而，彈性平板41C和41D上的電極沒有用作電極。
壓電元件6A側(cè)面和6B側(cè)面上的彈性平板41C和41D最好也是這樣形成，使得彈性平板41C和41D的底部區(qū)域直接與傳感器基片7的側(cè)面相連，或者與連接在傳感器基片7上的彈性平板加固件43的側(cè)面相連。彈性平板加固件43的材料最好與用于傳感器基片7或壓電元件6A和6B的材料相同。
形成彈性平板41A至41D時，無論在它們與薄連接平板的一個側(cè)面或者所有側(cè)面相連的情況下，厚度最好是10至220μm，寬度最好是50至500μm，并且縱橫尺寸比(寬度/厚度)最好在0.2到50的范圍內(nèi)?？紤]到質(zhì)量傳感器40和42在液體中使用時引起的諧振振幅的衰減，厚度最好是10至70μm，寬度最好是50至500μm，并且縱橫尺寸比最好是0.7到50。更可取的是，厚度為10至70μm，寬度為50至300μm，并且縱橫尺寸比為0.7至30。另外，提供這種彈性平板加固件43時，彈性平板加固件43的厚度，最好與連接彈性平板加固件43的彈性平板41C和41D的厚度相同。
圖14(a)至(c)是顯示使用彈性平板的質(zhì)量傳感器的另一個實施例的平面圖。質(zhì)量傳感器45在質(zhì)量傳感器40中的連接平板39的的位于橫向中心并在縱向擴展的中間區(qū)域的薄連接平板部分具有切口5。形成這種切口5可以通過減少連接平板39的質(zhì)量提高靈敏度，并能使膜片以v模式以及vz模式振蕩，并且減小由于在膜片2中的質(zhì)量位置變化引起的靈敏度的不同從而使得高精確度的測量成為可能。
此外，質(zhì)量傳感器46具有在一個彈性平板41A和41B彼此在某一區(qū)域相連接的結(jié)構(gòu)的彈性平板44，結(jié)果在于使得膜片2更容易以剛體模式振蕩。進(jìn)而，質(zhì)量傳感器47在質(zhì)量傳感器46的連接平板39的細(xì)連接平板區(qū)域中設(shè)有切口5，并且提供切口5使得更容易發(fā)生v模式和vz模式的振蕩。
圖15(a)至(e)中的質(zhì)量傳感器51至55顯示的是具有彈性平板48其中質(zhì)量傳感器40中的彈性平板41A和41B在一個區(qū)域或多個區(qū)域相連的實施例，并且如所要求的包括切口5或開口區(qū)域8。這些質(zhì)量傳感器51至55避免壓電元件6A和6B產(chǎn)生的力被在彈性平板48中心形成的空間區(qū)域吸收并且使得膜片2容易以剛體模式振蕩，從而使得容易識別諧振頻率。
圖16所示的質(zhì)量傳感器56是進(jìn)一步在質(zhì)量傳感器55的連接平板的表面提供有用于傳感6C的壓電元件的質(zhì)量傳感器。在這種情形下，通過使用在傳感平板4A和4B上提供的壓電元件6A和6B驅(qū)動膜片2，并且傳感被用于傳感6C的壓電元件導(dǎo)電，從而S/N的比值最好設(shè)計為提高了。此外，在顯示前面所述的質(zhì)量傳感器42，45至47，和51至55的圖12至16中，元件的部分沒有標(biāo)號。然而，其結(jié)構(gòu)明顯是與質(zhì)量傳感器40相兼容的。
圖17所示的質(zhì)量傳感器57顯示的是質(zhì)量傳感器1的傳感平板4A中沒有設(shè)置壓電元件6A的實施例，但是已經(jīng)用切口70代替了。這里，切口70在與連接平板3和傳感平板4A的連接方向相垂直的方向上，即平行于Y軸方向上形成。伴隨該結(jié)構(gòu)，v模式和vz模式的Q值可能得以提高。
另外，該切口適用于本發(fā)明的所有質(zhì)量傳感器，其中提供兩個傳感平板以使得將連接平板夾在中間。此外，在本發(fā)明中，形成在傳感平板中的切口不需要具有寬闊空間于是切口在連接平板中形成，并且，例如，可以是直線形的切口，并且至少一個切口可以這樣形成，但是最好是形成多個切口使得前面所述的結(jié)果達(dá)到更大的范圍。
接下來，圖18顯示的是僅使用一個連接平板的質(zhì)量傳感器58的平面圖，并且在連接平板3中，兩個切口5A和5B以連接平板3的縱向的中心軸Y軸為對稱軸形成。并且在質(zhì)量傳感器58中，膜片2和連接平板3在它們相應(yīng)的側(cè)面彼此相連接，以及提供的壓電元件6A的一個表面上的傳感平板4A成直角與膜片2和連接平板3之間的連接方向十字交叉的方向上在側(cè)面與壓電元件6A相連接，并且連接平板3做成與傳感器基片7的一個側(cè)面相連接，并且諧振區(qū)域由膜片2、連接平板3和傳感平板4A、以及壓電元件6A構(gòu)成。這里，當(dāng)圖1和圖18相比較時，連接平板3和傳感平板4A與傳感器基片7的連接方式(連接側(cè)面的位置關(guān)系)明顯與前面所述的質(zhì)量傳感器1的情況相似。
另外，在質(zhì)量傳感器58中斷開區(qū)域69通過用傳感器基片7、連接平板3和傳感平板4A封閉起來形成。形成這種斷開區(qū)域69使得在液體中進(jìn)行測量時可以避免被測波形(信號)的衰減。但是，在無需這種優(yōu)點或類似的情況下，傳感平板4A無需提供斷開區(qū)域69而連接在傳感器基片7的兩個邊緣上。
接下來，圖19顯示的是使用兩個膜片的質(zhì)量傳感器59的平面圖。切口5A和5B相應(yīng)的分別形成在第一連接平板3A和第二連接平板3B中。并且在質(zhì)量傳感器59中，連接在側(cè)面與第一膜片2A彼此相連的第一連接平板3A，和在側(cè)面與第二膜片2B彼此相連的第二連接平板3B之間的區(qū)域的壓電元件6A的一個表面上的第一傳感平板4A，和第一連接平板3A和第二連接平板3B的側(cè)面的至少一部分，即與連接膜片的側(cè)面相對應(yīng)的側(cè)面與傳感器基片7相連接。諧振區(qū)域包括膜片2A和2B、連接平板3A和3B、第一傳感平板4A和壓電元件6A。在質(zhì)量傳感器59中也形成間隙區(qū)域69，但可以直接采用傳感平板4A與傳感器基片7相連接的結(jié)構(gòu)。
隨著如質(zhì)量傳感器59所示的切口5A和5B的插入，此處提供的兩個膜片2A和2B的結(jié)構(gòu)可以減少由于膜片2A和2B中質(zhì)量位置的改變引起的靈敏度的差異，并且膜片2A和2B的振蕩量也可以加大并且可以提高靈敏度。
這里無需說明，在這些質(zhì)量傳感器57至59中，用已經(jīng)形成的切口代替連接平板，可以使用具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域的連接平板。此外，如在質(zhì)量傳感器57至59中，具有壓電元件上只提供一個傳感平板的結(jié)構(gòu)，從提高靈敏度的角度看最好是相應(yīng)地在傳感平板的所有表面都設(shè)有壓電元件并且一個用于驅(qū)動，另一個用于傳感。此外，最好將在傳感平板的一個表面上形成的一個壓電元件在Y軸方向上分成兩個部分，并且在膜片上的壓電元件用于驅(qū)動，另外一個用于傳感。可以通過后面所述的激光加工或類似方法補充實現(xiàn)這種壓電元件的分割，或者在形成該系統(tǒng)時提供預(yù)先分割好的壓電元件。
此外，在質(zhì)量傳感器59中，可能進(jìn)一步提供第二傳感平板和第三傳感平板，并且平面20所示的是這種質(zhì)量傳感器60的一個實施例。在質(zhì)量傳感器60中，第二傳感平板4B和第一傳感平板4A將第一連接平板3A夾在中間，并且第三傳感平板4C和第一傳感平板4A將第二連接平板3B夾在中間，并且第二傳感平板4B和第三傳感平板4C相應(yīng)地與傳感器基片7相連接。
此處，用的是只提供第二傳感平板4B和第三傳感平板4C中的一個的結(jié)構(gòu)。壓電元件可以在所有傳感平板上形成，但提供有多個壓電元件時，最好是至少一個壓電元件用于驅(qū)動和至少另一個用于傳感。此外，最好也是第二傳感平板4B和第三傳感平板4C中不提供壓電元件，并且如同質(zhì)量傳感器57形成切口70。
接下來，圖21是本發(fā)明的質(zhì)量傳感器61的另一個實施例的平面圖，并且簡要地講，質(zhì)量傳感器61具有用已經(jīng)形成的切口70代替前面所述的質(zhì)量傳感器60中的第一傳感平板4A上的壓電元件6A的結(jié)構(gòu)。更詳細(xì)地說，在質(zhì)量傳感器61中，第一連接平板3A和第二連接平板3B分別具有切口5A和切口5B，第一傳感平板4A將在側(cè)面與第一膜片2A彼此相連接的第一連接平板3A和在側(cè)面與第二膜片2B彼此相連接的第二連接平板3B之間的缺口連接起來，并且第二傳感平板4B和第一傳感平板4A與第一連接平板3A連接使得第一連接平板3A被夾在中間，并且第三傳感平板4C和第一傳感平板4A與第二連接平板3B連接使得第二連接平板3B在彼此的側(cè)面被夾在中間。此外，在相應(yīng)的第二傳感平板4B和第三傳感平板4C中的至少一個的表面上設(shè)有壓電元件6B和6C，第一連接平板3A和第二連接平板3B平均分配第一膜片2A和第二膜片2B連接側(cè)面，在傳感器基片7上已設(shè)有凹進(jìn)區(qū)域58的底部側(cè)面與相對的側(cè)面相連接，并且第二傳感平板4B和第三傳感平板4C與凹進(jìn)區(qū)域68的側(cè)面相連接。
第一傳感平板4A包括在與第一傳感平板4A的連接方向垂直的方向上，即Y軸方向，形成的切口70，并且與前面所述的質(zhì)量傳感器57相似，質(zhì)量傳感器61具有可以提高v模式和vz模式的Q值的特點。至少形成一個切口70，但最好是，形成多個切口。然而，即使不形成切口70，可以在足夠的范圍內(nèi)使用。帶有切口70的質(zhì)量傳感器61最好以Y軸對稱形成使得兩個膜片2A和2B靈敏度的差別可以降至很低的水平。
接下來，圖22是本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的另一個實施例的平面圖。在質(zhì)量傳感器62中，其上相應(yīng)地設(shè)有切口5A和5B的兩個連接平板3A和3B將膜片2夾在彼此的側(cè)表面中間，該區(qū)域?qū)鞲衅骰?上的凹進(jìn)部分68的側(cè)面之間的缺口連接起來，其上相應(yīng)地設(shè)有壓電元件6A和6B的傳感平板4A和4B將與在連接平板3A和3B與膜片2連接的方向相垂直的方向上，即X軸方向上，凹進(jìn)部分68的底側(cè)面與連接平板3A和3B的側(cè)面之間的缺口連接起來。諧振區(qū)域包括膜片2、連接平板3A和3B、傳感平板4A和4B、以及壓電元件6A和6B。
質(zhì)量傳感器62可以提高在X軸方向上同軸方向振蕩的振幅，并且可以提高靈敏度。然而，存在的問題在于，以Y軸為中心的旋轉(zhuǎn)模式容易發(fā)生。在這種情況下，接下來如圖23所示，傳感平板4A至4D設(shè)置成將連接平板3A和3B夾在中間使得有利于削減旋轉(zhuǎn)模式。
也就是說，在平面圖23所示的質(zhì)量傳感器63中，首先，對于兩個連接平板3A和3B，切口5A和5B形成在連接平板3A和3B的橫向中心處。這里，開口區(qū)域可以代替切口5A和5B，和/或使用具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域的連接平板。并且，連接平板3A和3B與膜片2相連使得在彼此的側(cè)面將膜片2夾在中間，并且連接平板3A和3B的相應(yīng)的側(cè)面將在傳感器基片7上設(shè)置的相對應(yīng)的凹進(jìn)部分68的側(cè)面連接起來。并且，考慮到相應(yīng)的連接平板3A和3B，兩個傳感平板(4A和4B)與(4C和4D)在與連接平板3A和3B與膜片2的連接方向相垂直的方向上與連接平板3A和3B相連接使得連接平板3A和3B被夾在中間，并且至少在將連接平板3A和3B夾在中間的方向上與凹進(jìn)部分68的側(cè)面相連接。在傳感平板4A至4D的每個的表面上，設(shè)置有壓電元件6A至6D。膜片2、連接平板3A和3B、傳感平板4A至4D和壓電元件6A至6D形成諧振區(qū)域。
在具有這種結(jié)構(gòu)的質(zhì)量傳感器63中，膜片2更易于在X軸方向發(fā)生振蕩。也就是，在前面提到過的v模式中，更容易產(chǎn)生幾乎完全不包括Y軸分量的振蕩模式，并且由于膜片2中質(zhì)量位置的變化引起的靈敏度分布變小，并且同樣，在質(zhì)量傳感器63中，作為傳感器有用的膜片的面積可以增大。
此外，最好在傳感平板4A和4C上提供壓電元件6A和6C，并且在沒有提供壓電元件的質(zhì)量傳感器58中傳感平板4B和4D設(shè)有切口70。切口70的設(shè)置可能包括這樣的方面即壓電元件6A和6D設(shè)置在傳感平板4A和4D上，并且切口70設(shè)置在傳感平板4B和4C上。另外，可以用通孔代替?zhèn)鞲衅骰?上的凹進(jìn)部分68并且連接此處的側(cè)面來形成諧振區(qū)域。前面所述的設(shè)置壓電元件的各個方面適用于在傳感平板4A至4D設(shè)置壓電元件的各個方面。
現(xiàn)在，在圖30的平面圖(a)以及沿虛線A-A的剖面視圖(b)中所示的質(zhì)量傳感器64中，傳感平板4A和4B以及在前面的圖12中所示的質(zhì)量傳感器40中的壓電元件6A和6B以在壓電元件6A和6B上沒有作用驅(qū)動電壓的狀態(tài)下向傳感平板4A和4B突出的凸起形狀形成。作為這種狀態(tài)下的壓電元件6A和6B，最好是使用圖2中所示的用d31標(biāo)志的壓電元件88。
在圖31的平面圖(a)以及沿虛線A-A的剖面視圖(b)中所示的質(zhì)量傳感器65中，圖1所示的質(zhì)量傳感器1中的連接平板3上沒有設(shè)置切口5，并且傳感平板4A和4B以及質(zhì)量傳感器1中的壓電元件6A和6B以在壓電元件6A和6B上沒有作用驅(qū)動電壓的狀態(tài)下向傳感平板4A和4B突出的凸起形狀形成。在這種情況下，最好是提供圖3或4中所示的用d33標(biāo)志的壓電元件94A和94B。
接下來，在圖32的平面圖(a)以及沿虛線A-A的剖面視圖(b)中所示的質(zhì)量傳感器66具有這樣的結(jié)構(gòu)，在前面圖20中所示的質(zhì)量傳感器60中，傳感平板4A至4C以及壓電元件6A至6C以在壓電元件6A至6C上沒有作用驅(qū)動電壓的狀態(tài)下向傳感平板4A至4C突出的凸起形狀形成。當(dāng)向傳感平板4A至4C的凸起形的彎曲發(fā)生時，與前面所述的質(zhì)量傳感器64相似，作為壓電元件4A至4C，最好是使用圖2中所示的用d31標(biāo)志的壓電元件88。
圖33是質(zhì)量傳感器67的主要結(jié)構(gòu)的平面圖(a)以及沿虛線A-A的剖面視圖(b)。質(zhì)量傳感器67的結(jié)構(gòu)為在前面所示的圖19中的質(zhì)量傳感器59中的連接平板3A和3B上沒有形成切口5A和5B，并且傳感平板4A以及壓電元件6A以在壓電元件6A上沒有作用驅(qū)動電壓的狀態(tài)下向傳感平板4A突出的凸起形狀形成。作為壓電元件6A，與質(zhì)量傳感器64相似，最好是使用圖2中所示的用d31標(biāo)志的壓電元件88。
于是，在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中，如在所示的質(zhì)量傳感器64至67中，它們是傳感平板和壓電元件最好以凸起形狀形成的情形。此外，對于包括多個傳感平板和壓電元件的裝置，不需要全部傳感平板和壓電元件為向同一方向凸起的凸起形狀，但是考慮到提供壓電元件等各方面情況可以選擇合適的凸起方向。
至此，上面已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的各種實施例，并且現(xiàn)在將以質(zhì)量傳感器40為例子說明生產(chǎn)本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的方法。作為傳感器基片7的材料，適于使用氧化鋯等陶瓷材料。通過在陶瓷粉末中混合粘合劑、溶劑、分散劑、和其他添加劑制造出軟膏，并且從軟膏中移出泡沫后，用反復(fù)旋轉(zhuǎn)涂鍍法或刮漿法等方法形成具有所需厚度的用于膜片、中間平板和基板的半成品材板和半成品膠帶。在質(zhì)量傳感器1中不設(shè)置彈性平板41A和41B的情況下，不需要生產(chǎn)用于中間平板的半成品膠帶。
接下來，使用沖壓機或激光器將這些半成品材板或類似物沖孔以形成用于具有圖24所示的定位孔74、開口區(qū)75、和彈性平板76的中間平板的半成品材板72A，用于具有定位孔74和開口區(qū)75的基板的半成品材板71A，以及用于具有定位孔74的振動平板的半成品材板73A。
這里，盡管成為開口75或膜片2的區(qū)域可以在用作振動平板的半成品材板73A上形成，由于用作振動平板的半成品材板73A通常為10μm厚，最好是在已經(jīng)形成了傳感器基片7和已經(jīng)提供了壓電元件6A和6B之后用激光器或類似方法得到想要的形狀，為確保膜片2的平面度和尺寸精度，連接平板39，或傳感平板4A和4B形成在燒結(jié)之后的振動平板73B上。振動平板73B是通過燒結(jié)用于振動平板的半成品材板73A而得到的振動平板。
將上面所述的生產(chǎn)出的半成品材板71A至73A按照用于振動平板、用于中間平板、和用于基片的順序一個一個地層疊從而校準(zhǔn)定位孔74的位置，通過施加熱和壓力或類似作用將它們形成整體，并燒結(jié)。于是，這里形成了一個傳感器基片7其中半成品材板71A至73A中的每一個被層壓，并且周邊區(qū)域是整體形成的；并且連接平板39是由振動平板73B的層壓部分和帶有彈性平板76的中間平板723整體形成的。
此外，為了將連接平板39的薄壁部分形成為厚于傳感平板4A的目的，等等，如在前面所述的質(zhì)量傳感器49中，可取的是用于振動平板73A的半成品材板和用于中間平板72A的半成品材板同樣將用于中間平板的半成品材板78A夾在中間，其中具有如圖24所示的連接平板39的寬度的隆起區(qū)或凸起區(qū)77已經(jīng)通過層壓、整體化、和燒結(jié)形成。
接下來，將說明在振動平板的預(yù)定的位置上形成具有第一電極、壓電薄膜、和第二電極的壓電元件6A和6B的方法。壓電元件6A和6B的結(jié)構(gòu)已經(jīng)如圖2至4所示?？梢愿鶕?jù)燒結(jié)半成品材板71A至73A前或后的狀態(tài)使用各種形成方法形成壓電元件6A和6B。首先，在燒結(jié)半成品材板71A至73A之前的形成方法包括一種方法，其中通過使用模型的壓模法或使用礦漿材料的膠板形成法形成壓電薄膜，并且燒結(jié)之前壓電薄膜層壓在用于振動平板的半成品材板73A的預(yù)定位置上，以及與其它半成品材板71A和72A整體燒結(jié)在一起。在這種情況下，需要用下面說明的形成方法預(yù)先在用作振動平板的半成品材板73A上或壓電薄膜上形成電極。
盡管用于燒結(jié)壓電薄膜的溫度是根據(jù)構(gòu)成的材料決定的，通常是800℃至1400℃，最好是1000℃至1400℃。在這種情況下，為了控制壓電薄膜的成分，最好是在存在用于壓電薄膜的材料的汽化源的控制氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。如后所述當(dāng)燒結(jié)之后使用傳感器基片時為減小壓電薄膜的燒結(jié)應(yīng)力，和為了獲得更高的材料特性，最好是通過用電子顯微鏡或類似工具在燒結(jié)后觀察壓電薄膜，和監(jiān)視成分的分配來控制上面所說的氣氛。
例如，使用包括主要有鉛鋯酸鹽、鉛鈦酸鹽、鉛鎂鈮酸鹽構(gòu)成的鉛鋯酸鹽等材料時，該材料是最好在本發(fā)明中使用的壓電陶瓷材料，最好是調(diào)整氣氛和燒結(jié)在被燒結(jié)的壓電薄膜中分離的鋯酸鹽成分。更可取的是調(diào)整氣氛使得可以在壓電薄膜的表面觀察到鋯酸鹽成分的離析物，并且在壓電薄膜內(nèi)部是很難觀察到的。由于壓電薄膜具有如此有著更好的振蕩特性的成分分配，以至于具有比未進(jìn)行離析的壓電薄膜更大的振蕩幅度，并且通過鋯酸鹽成份的離析減小燒結(jié)應(yīng)力，壓電材料粉末固有的材料特性沒有明顯降低得以保持。
從而，在本發(fā)明的質(zhì)量傳感器中可取的是形成具有這種壓電薄膜的壓電元件。同樣可取的是使用如上所述的壓電薄膜結(jié)構(gòu)，以及燒結(jié)氣氛使得壓電材料的成分，當(dāng)壓電材料包括上面所述的鈦氧化物時，燒結(jié)之后質(zhì)量傳感器的每個元件，如連接平板、彈性平板、和傳感器基片中都保持鈦氧化物。當(dāng)壓電薄膜的燒結(jié)和傳感器基片的燒結(jié)同時進(jìn)行時，需要達(dá)到所有的燒結(jié)條件要求。這種壓電薄膜可以不僅適用于質(zhì)量傳感器，而且可以適用于以薄膜形壓電元件為一個構(gòu)件的裝置，如執(zhí)行構(gòu)件和傳感器。
另一方面，燒結(jié)之后為在傳感器基片7上提供壓電元件6A和6B可以使用各種薄膜形成方法。這些方法的實例包括各種厚膜形成方法，如網(wǎng)板印刷法、浸漬法、鍍膜法、和電離子透入法；或者各種薄膜形成方法，如離子束法、陰極濺射法、真空沉淀法、離子鍍覆法、化學(xué)蒸汽沉淀法(CVD)、或電鍍法。其中，為了形成本發(fā)明中的壓電薄膜，可以優(yōu)先使用網(wǎng)板印刷法、浸漬法、鍍膜法、和電離子透入法等厚膜形成方法。使用膏劑、礦漿、懸浮液、乳膠、或溶膠等主要由壓電陶瓷的微粒構(gòu)成的這些方法可用于形成壓電薄膜，微粒的平均尺寸為0.01至5μm，最好是0.05至3μm，并且盡管方法簡單，可以得到合適的壓電特性。電離子透入法有利于形成具有高強度和高尺寸精度的薄膜，并且具有Kazuo Anzai的文章“DENKI KAGAKU”53，No.1(1985)，63-68頁中描述的特點。于是，從要求的精度和強度或類似指標(biāo)的角度出發(fā)可以合適地選擇和使用多種方法。
特別是，在傳感器基片7已經(jīng)燒結(jié)之后，第一電極印制和燒結(jié)在振動平板73B的表面的預(yù)定區(qū)域上，然后印制和燒結(jié)壓電薄膜，并且接下來，印制和燒結(jié)第二電極以形成壓電元件6A和6B。然后，印制和燒結(jié)用于將相應(yīng)的電極與測量元件相連接的電導(dǎo)線(9A和9B)。這里，例如，如果鉑(Pt)用來作為第一電極，鉛鋯鈦酸鹽(PZT)用來作為壓電薄膜，金(Au)用來作為第二電極，和銀(Ag)用來作為電導(dǎo)線，燒結(jié)處理中的燒結(jié)溫度可以逐步降低。因而，前面已經(jīng)燒結(jié)的材料不會在某一材料的燒結(jié)步驟中再次燒結(jié)，并且可以避免由于聚集在用來作為電極或類似物的材料中發(fā)生鱗剝和破裂等問題。
通過選擇合適的材料，用于壓電元件6A和6B的相應(yīng)的元件和導(dǎo)線可以逐個地印制，并且可以同時將壓電元件6A和6B整體地?zé)Y(jié)。也可以在用作振動平板的半成品材板73A上逐個地印制壓電元件6A和6B的相應(yīng)的元件和電導(dǎo)線，并且將其與半成品材板71A和72A整體燒結(jié)在一起。另外，也可以在已經(jīng)形成壓電薄膜后在低溫條件下提供每個的電極或類似物。并且，可以用，陰極濺射或蒸汽沉淀等，薄膜形成方法形成壓電元件6A和6B的相應(yīng)的元件和電導(dǎo)線。在這種情況下，熱處理不是必需的。
于是，使用上述各種薄膜形成方法形成的壓電元件6A和6B由于壓電元件6A和6B和傳感平板4A和4B可以整體連接并且組裝時不需要使用粘合劑，和質(zhì)量傳感器在可靠性和再處理性方面優(yōu)于一般，并且容易整體化。這里，壓電薄膜可以用布線法形成，并且用于布線的方法包括，例如，網(wǎng)格印刷法，光刻法，激光加工，或切片等機械加工和超聲波處理。
接下來，膜片2，傳感平板4A和4B，或類似物形成在已經(jīng)形成的傳感器基片的預(yù)定區(qū)域上。這里，最好是將振動平板73B上不必要的部分移去留下與傳感器基片7整體連接的部分，如使用第四諧波YAG激光器將膜片2和傳感平板4A和4B切齊。此時，通過調(diào)整膜片2的形式或類似結(jié)構(gòu)可以將諧振區(qū)域的諧振頻率調(diào)整到預(yù)先確定的值，并且可以確定待測試的可檢測物的質(zhì)量范圍。也可能容易形成切口5和空腔區(qū)域8。
另外，膜片2的形狀不限于矩形，但也可以在形成形狀的過程中用修整方法得到各種形狀，如圓形、倒三角形和多邊形。也就是說，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器的膜片2的形狀不限于一種特定的形狀，但為了裝配膜片2時節(jié)省空間和為了增加膜片2的面積可以適當(dāng)?shù)卮_定。
現(xiàn)在，這里，如圖25所示，膜片2的部分被切掉或刪去使得膜片的長度從L0減小到L1，然后諧振點增加，并且另一方面將連接平板3的寬度從t2縮減到t1，然后諧振頻率下降。于是，這些的組合可以調(diào)整諧振頻率。進(jìn)而，通過將膜片2的寬度從W0減小到W1，旋轉(zhuǎn)模式被削減，和提高了v模式和vz模式的Q值，并且使得根據(jù)同一質(zhì)量的附著點不同諧振頻率的變化減小。
另外，如圖25所示，振蕩方面依賴于連接平板3的長度N，和以及膜片2和傳感平板4A和4B之間的距離M。通常，將M和N都加大的設(shè)計可使得v模式和vz模式下的振蕩占優(yōu)，并且最好設(shè)計成在所述振蕩模式下Q值得以增大，另一方面，導(dǎo)致諧振頻率的下降。于是，最好是將這種連接平板3的形狀設(shè)計和前面所述的膜片2的形狀設(shè)計根據(jù)測量目的進(jìn)行組合來調(diào)整靈敏度。
此外，如圖26所示，當(dāng)組裝圖2所示的壓電元件88時，可以通過第四諧波YAG激光器將頂部的第二電極87修整以調(diào)整壓電元件88的可利用的電極區(qū)域和調(diào)整靈敏度。當(dāng)壓電元件的結(jié)構(gòu)是如圖3或4所示的鋸齒形結(jié)構(gòu)時，可以切齊一個或全部電極的部分。
在加工這一諧振區(qū)域或壓電元件6A和6B中，除上面所述的第四諧波YAG激光器以外，還有各種適于諧振區(qū)域的尺寸和形狀的加工方法，如使用YAG激光器、第二或第三諧波YAG激光器、激元激光器、或CO2激光器的激光加工；電子束加工；和切割加工(機械加工)。除使用上面所述的半成品材板的方法以外，可以使用沖壓、鑄造、或使用沖模的注入法生產(chǎn)傳感器基片7。在這些情況下，也可以在燒結(jié)之前和之后使用剪切、研磨、激光加工、和超聲波加工等加工方法，并且得到預(yù)定形狀的質(zhì)量傳感器。
當(dāng)在這樣生產(chǎn)得到的質(zhì)量傳感器40中的壓電元件6A和6B和電導(dǎo)線(9A和9B)被絕緣時，可以通過網(wǎng)格印制法、鍍膜法、或噴鍍法形成絕緣層36。這里，當(dāng)用玻璃作為絕緣材料時，整個質(zhì)量傳感器40必須加熱到玻璃的軟化點，并且由于玻璃具有高硬度，振蕩受到阻礙。然而，由于樹脂軟，和只需要進(jìn)行干燥等低溫處理，所有的生產(chǎn)加工和振蕩特性都適合于使用樹脂。當(dāng)本發(fā)明中使用的碳氟樹脂或硅酮樹脂應(yīng)用在絕緣包裹層36中時，最好是形成一個適合于所使用的樹脂和陶瓷類型的底層，為了提高與基礎(chǔ)陶瓷(傳感器基片7)之間的膠合力，最好是在底層上形成絕緣層36。
接下來，當(dāng)進(jìn)一步在絕緣層36上形成包括導(dǎo)電材料的絕緣層37時，在絕緣層36是由樹脂制成的情況下，由于難于燒結(jié)，當(dāng)用各種金屬材料作為導(dǎo)電元件時使用陰極濺射等不需要加熱的方法；然而，當(dāng)使用包括金屬粉末的導(dǎo)電膏劑和樹脂時，最好使用網(wǎng)格印制法或鍍膜法。如果絕緣層36是用玻璃制成的，可以網(wǎng)格印制導(dǎo)電膏劑，和在玻璃處于流動時的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
最后，吸收物或類似物作用在膜片2或整個諧振區(qū)域上來完成質(zhì)量傳感器40。使用阻抗分析器或網(wǎng)絡(luò)分析器，或者通過SINSWEEP系統(tǒng)，或者通過由外加超聲波振蕩傳遞函數(shù)的測量實現(xiàn)諧振頻率的測量。進(jìn)而，可以從諧振頻率的變化中測量出膜片2的質(zhì)量的變化。
盡管已經(jīng)在上面詳細(xì)說明了本發(fā)明的質(zhì)量傳感器，通過運用上面所述的測量原理本發(fā)明的質(zhì)量傳感器可以適用于其它用途。首先，當(dāng)作用在膜片上的吸收物是吸收水分的材料時，質(zhì)量傳感器可以用來作為濕度計。當(dāng)吸收特定的氣體成分、或有機或無機物的吸收材料作為吸收物作用在膜片上時，質(zhì)量傳感器可以用來作為氣體傳感器，氣味傳感器或味道傳感器。接下來，如果膜片的溫度控制成冷凝器，質(zhì)量傳感器可以用來作為當(dāng)膜片的質(zhì)量增大時從溫度中測量露點的濕潤指示器。
此外，作為吸收物，磁性材料可以以薄膜的形式形成在膜片上使得利用它的磁性優(yōu)點作為可以吸收待測基礎(chǔ)上的物質(zhì)的各種吸收傳感器。這里，磁性材料包括鐵氧體有關(guān)材料的基本金屬成分(如M1Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cr，Zn，Mg，Cd，Cu，Li，Y，和Gd等)通常表示為M10.Fe2O3或這些成分的混合物(如M1Mn-Zn，Ni-Zn，Mg-Mn，Ni-Cu，Cu-Zn，Li-Zn，Mg-Zn等)和透磁合金相關(guān)材料的金屬成分(如M2Ta，Zr，Nb，Co，Mo，Cu，W，Mn，V，Cr，和Si等)表示為Fe-Ni或Fe-Ni-M2或這些成分的混合物，和進(jìn)而Fe-Al-Si(鐵硅鋁磁合金)相關(guān)的材料，F(xiàn)e-(Ta，Zr，Nb)-X相關(guān)的材料(XN，C，O)，F(xiàn)e-Co相關(guān)的材料，F(xiàn)e-Cr-Co相關(guān)的材料，Co-Cr相關(guān)的材料，Co-Ni-Mn-P相關(guān)的材料，F(xiàn)e-Al-Ni-Co-Ti-Cu相關(guān)的材料，或者其它SmCo5合金，Sm2T17合金(T3d過渡成分)，Nd2Fe14B合金等稀土元素相關(guān)的材料，等等。這些材料可以用陰極濺射、真空沉淀、電鍍，CVD等方法形成為薄膜。
質(zhì)量傳感器也可以用來作為薄膜厚度計。這些可以測量的薄膜包括在真空中形成的陰極濺射薄膜或CVD薄膜、在玻璃上形成的LB薄膜、或者在液體中形成的電解沉淀薄膜。當(dāng)這些薄膜形成時，如果質(zhì)量傳感器的膜片或諧振區(qū)域放置在同一薄膜形成環(huán)境中，膜片或諧振區(qū)域上形成的薄膜引起質(zhì)量的變化，和諧振頻率的變化，可以測量薄膜形成的厚度或生長速度。
盡管已經(jīng)知道石英蒸汽噴鍍的薄膜厚度計可以檢測當(dāng)薄膜厚度變化時與圖28中所示的在滑動方向(剪切振蕩模式)相似的石英晶體振蕩器81的諧振頻率的變化，存在的問題在于因為振蕩器本身用在蒸汽沉淀的環(huán)境中，會受到溫度、基于雜質(zhì)振動的噪聲的變化，和真空壓力變化的影響。
反之，如果本發(fā)明的質(zhì)量傳感器以v模式用作蒸汽沉淀薄膜厚度計，由于膜片以剛體模式振蕩諧振區(qū)域阻抗溫度的變化，由于膜片的厚度為3至20μm雜質(zhì)發(fā)生振動的可能性降低，并且具有該諧振區(qū)域的結(jié)構(gòu)容易在常量環(huán)境中支承，相對于使用石英晶體振蕩器79的情況可以提高測量精度。
此外，當(dāng)膜片浸入液體中時質(zhì)量傳感器可以用來作為在流體中產(chǎn)生橫波的剪切波的粘度計，并且接受粘滯波進(jìn)入?yún)^(qū)域的的質(zhì)量載荷。這里，v模式用于測量時，由于膜片以外的區(qū)域不需要放置在水中，由于它以剛體模式振蕩諧振區(qū)域阻抗溫度的變化，因為膜片19的厚度為3至20μm時雜質(zhì)發(fā)生振動的可能性降低，可以提高測量精度。盡管已經(jīng)開始使用用于檢測石英晶體振蕩器在滑動方向的諧振頻率的石英晶體粘度計，存在的問題在于因為振蕩器本身浸入在液體中，會受至溫度、基于雜質(zhì)振動的噪聲的變化的影響。
此外，由于它的電阻抗根據(jù)真空中氣體分子的摩擦和氣體的粘滯摩擦發(fā)生變化石英晶體振蕩器可以用作石英晶體真空計。然而，由于這種真空計被用于測量基于石英晶體振蕩器上的質(zhì)量載荷而產(chǎn)生的頻率變化，基本上使用同一測量原理的本發(fā)明的質(zhì)量傳感器1也可以用來作為真空計。
當(dāng)音叉形的振蕩器79在圖29所示的X軸方向發(fā)生振蕩時盡管使用石英晶體振蕩器的摩擦真空計檢測其阻抗的變化，很難減小振蕩器79的厚度d1，并且由此，很難提高測量的靈敏度。反之，在質(zhì)量傳感器中，膜片19的厚度可以減小至3到20μm，并且可以使用v模式，靈敏度可以得到提高。
此外，通過使用膜片的彎曲模式，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器可以用來作為溫度傳感器，也就是說，通過感測楊氏彈性系數(shù)的變化作為彎曲模式中諧振頻率的變化。
盡管質(zhì)量傳感器可以用來作為各種傳感器，其基本的測量原理是檢測基于膜片的質(zhì)量載荷的諧振區(qū)域的諧振頻率的變化。于是，可以很容易地將具有不同功能的多個傳感器區(qū)域形成在一個質(zhì)量傳感器中。例如，溫度傳感器、真空計、或粘度傳感器的功能可以增加在質(zhì)量傳感器的功能上，也就是說，為了補償溫度、真空度或粘度的參考傳感器可以很容易地合并在質(zhì)量傳感器中。在這種情況下，由于沒必要使用為了不同應(yīng)用具有不同形狀的多個傳感器，從組裝傳感器和測量儀器的成本的角度來看測量和控制的這種設(shè)置是有利的。
在上述本發(fā)明的質(zhì)量傳感器和用于其它用途的質(zhì)量傳感器中使用利用壓電反應(yīng)的壓電薄膜的壓電轉(zhuǎn)換器已經(jīng)做為裝置被用來感測諧振區(qū)域的振蕩和將振蕩轉(zhuǎn)化為電信號。然而，這種振蕩信號轉(zhuǎn)換裝置不限于這些使用壓電反應(yīng)的裝置，而可以由那些使用電磁感應(yīng)、靜電電容的變化、入射光的變化、電阻抗的變化、或熱電現(xiàn)象的元件構(gòu)成。
例如，那些利用電磁感應(yīng)的包括安裝在傳感平板上的線圈、用于檢測線圈中流動的電信號的電路、和用于在線圈中產(chǎn)生磁場的磁鐵(可以是電磁鐵)。在這種情況下，線圈與諧振區(qū)域一起發(fā)生振蕩時，由于電磁感應(yīng)電流流經(jīng)線圈，并且由電路檢測該電流。那些利用靜電電容的變化的包括安裝在傳感平板表面的一對電極、由這些電極夾在中間的絕緣材料、和與這些電極相連的電路，并且用該電路檢測由這一特定空間限制的靜電電容。
那些利用入射角的變化的包括光電二極管等用于照明諧振區(qū)域的裝置、和用于測量被諧振區(qū)域反射的光量的裝置(光接受器)。這種光接受器可以是光傳感器。由于諧振區(qū)域發(fā)生振蕩，由諧振區(qū)域反射的光量產(chǎn)生變化，并且光接受器檢測到入射光量的變化。
那些利用電阻抗的變化的可以粗略地分成使用導(dǎo)體和使用半導(dǎo)體的兩類。使用導(dǎo)體的包括一個諧振區(qū)域表面上設(shè)置的導(dǎo)體、和與導(dǎo)體相連的電路。由于導(dǎo)體和諧振區(qū)域一同振蕩時導(dǎo)體受到振蕩發(fā)生形變并且其阻抗發(fā)生變化，電路可以檢測到該阻抗的變化。使用半導(dǎo)體的就是用半導(dǎo)體代替導(dǎo)體。
那些利用熱電現(xiàn)象的包括傳感平板表面上設(shè)置的一對電極、一個在這些電極之間形成的熱電元件、一個與電極相連的電路、和紅外線等熱源，并且用電路檢測由振蕩產(chǎn)生的熱電電流。
這些種類的振蕩信號轉(zhuǎn)換裝置可以代替上述的壓電元件使用，并且此外，不同的信號轉(zhuǎn)換裝置可以分別用來激振諧振區(qū)域和接受來自諧振區(qū)域的振蕩。例如，一個壓電轉(zhuǎn)換器可以用作驅(qū)動，并且一個靜電電容式轉(zhuǎn)換器用作傳感?？梢愿鶕?jù)傳感平板的數(shù)目靈活和方便地選擇驅(qū)動和傳感裝置的設(shè)置情況。例如，只使用一個傳感平板時，可以將它們設(shè)置在傳感平板的表面；使用兩個傳感平板時，可以將它們設(shè)置在全部兩個表面上，或每一個表面上。
盡管上面描述了本發(fā)明質(zhì)量傳感器的實施例，但是不用說，本發(fā)明不限于上述實施例。因而，在組合上述實施例的特點的情況下存在其它多個實施例。此外，在本技術(shù)領(lǐng)域的公知常識的基礎(chǔ)上本發(fā)明的實施例可以改變、完善或提高，除非這些改變、完善或提高脫離了本發(fā)明的構(gòu)思。
如上所述，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器和質(zhì)量的感測方法，顯示了很好的效果其中可以在短時間內(nèi)容易和精確地感測到發(fā)生在膜片上的各種極小質(zhì)量的變化，即在膜片上的質(zhì)量載荷的變化。由于本發(fā)明的質(zhì)量傳感器在感測諧振頻率上受樣本溫度或材料特性的變化的微小影響由于質(zhì)量傳感器本身基于樣本溫度，并且可以測量由其結(jié)構(gòu)特性決定的0.1毫微克量級的極微小的量，它顯示了極佳的效果。并且，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器在改善測量靈敏度方面和通過采用剛體模式和連接平板形狀的最佳設(shè)計在檢測諧振頻率的容易程度方面具有優(yōu)點。因而，用于吸收各種待測物質(zhì)的吸收物作用在膜片上時，質(zhì)量傳感器可以用作氣體傳感器、味道傳感器、氣味傳感器、免疫傳感器、或濕度計，可以簡易和快速地感測各種化學(xué)物質(zhì)和病毒以及細(xì)菌等微生物。即使該吸收物沒有施加在膜片上時，質(zhì)量傳感器可以用作薄膜厚度計、粘度計、真空計或溫度計。此外，傳感器用作免疫傳感器代替染色法、氣味傳感器、或味道傳感器時，因為判斷不依賴于人的感覺，測試的可靠性可以提高。
此外，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器具有一個特點在于可以簡易地在一個質(zhì)量傳感器中形成用來感測不同物理和化學(xué)量的多個諧振區(qū)域。于是，由于不需要使用多個不同的各自獨立的傳感器，本發(fā)明的質(zhì)量傳感器在降低用于在測量位置組裝傳感器的成本的經(jīng)濟(jì)效果方面，方便控制和測量這種測量裝置的方面，以及通過整體化和制造設(shè)備的分別使用降低成本方面優(yōu)于其它傳感器。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)量傳感器，包括一個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連；一個傳感平板，在傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上提供有壓電元件，在與所說膜片和所說連接平板的連接方向垂直的方向上所說傳感平板的側(cè)面與所說連接平板的相對方彼此相連；和一個傳感器基片，與所說連接平板以及所說傳感平板的側(cè)面的至少一部分相連；其中所說膜片，所說連接平板，所說傳感平板和所說壓電元件形成諧振區(qū)。
2.一種質(zhì)量傳感器，包括一個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與所說連接平板彼此相連；兩個傳感平板，在至少一個所說傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有壓電元件，在與所說膜片和所說連接平板的連接方向垂直的方向上，所說傳感平板的側(cè)面與所說連接平板的相對方相連，并且使得連接平板夾在中間；和一個傳感器基片，它的一部分與所說連接平板以及所說傳感平板的側(cè)面的至少一部分相連；其中所說膜片，所說連接平板、所說傳感平板和所說壓電元件形成諧振區(qū)。
3.按照權(quán)利要求2所述的質(zhì)量傳感器，其中在與所說傳感平板和所說連接平板的連接方向相垂直的方向上在所說傳感平板上形成一個或者多個切口。
4.按照權(quán)利要求2所述的質(zhì)量傳感器，其中在所說兩個傳感平板的表面上在面對同一方向上相應(yīng)地設(shè)置兩個壓電元件，并且使得所說每個壓電元件上的壓電薄膜的電極方向彼此相反。
5.一種質(zhì)量傳感器，包括兩個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與所說連接平板彼此相連，并且被夾在中間，該組件將在所說傳感器基片上提供的凹進(jìn)部分的側(cè)面之間的腔縫連接起來；一個傳感平板，在所說傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有所說壓電元件，在與所說膜片和所說連接平板的連接方向垂直的方向上它將所說傳感平板的側(cè)面與凹進(jìn)部分的較低的側(cè)面之間的腔縫連接起來；其中所說膜片、所說連接平板、所說傳感平板和所說壓電元件形成諧振區(qū)。
6.一種質(zhì)量傳感器，包括兩個連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與所說連接平板彼此相連，并且被夾在中間，該組件將在所說傳感器基片上形成的凹進(jìn)部分的底側(cè)面之間的腔縫連接以便彼此相對；四個傳感平板，在所說連接平板之間彼此面對的兩個所說傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置有壓電元件，在與所說膜片和所說連接平板的連接方向垂直的方向上，它將傳感平板的側(cè)面與凹進(jìn)部分的較低的側(cè)面之間的腔縫連接起來；和一個壓電元件，位于與所說連接平板正對的至少一個所說傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上；其中所說膜片、所說連接平板、所說傳感平板和所說壓電元件形成諧振區(qū)。
7.按照權(quán)利要求6所述的質(zhì)量傳感器，其中在與所說傳感平板和所說連接平板的連接方向相垂直的方向上在沒有所說壓電元件的所說傳感平板上形成至少一個切口。
8.按照權(quán)利要求6所述的質(zhì)量傳感器，其中在通過所說傳感平板彼此面對所說兩個傳感平板的表面上相應(yīng)地設(shè)置兩個壓電元件，并且使得所說每個壓電元件上的壓電薄膜的電極方向彼此相反。
9.一種質(zhì)量傳感器，包括第一連接平板和第二連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或其上形成有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；第一膜片，在側(cè)面與所說的第一連接平板彼此相連接，和第二膜片，在側(cè)面與所說的第二連接平板彼此相連接，連接平板和在其上至少一個表面的一部分上設(shè)置有壓電元件的第一傳感平板被連接起來；和一個傳感器基片，在每個的側(cè)面與第一連接平板和第二連接平板相連接使得傳感器基片位于與第一膜片和第二膜片相對立的側(cè)面上；其中所說膜片，所說連接平板，所說傳感平板和所說壓電元件形成諧振區(qū)。
10.按照權(quán)利要求9所述的質(zhì)量傳感器，其中相應(yīng)的側(cè)面相連接使得第一連接平板被第二傳感平板和第一傳感平板夾在中間，和/或相應(yīng)的側(cè)面相連接使得第二連接平板被所說第三連接平板和所說第一連接平板夾在中間，并且所說第二傳感平板和所說第三傳感平板相連接使得都與所說傳感器基片至少在與所說連接平板相連接的方向上連接。
11.按照權(quán)利要求10所述的質(zhì)量傳感器，其中在所說第二傳感平板和/或第三傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上設(shè)置一個壓電元件，或在所說第二傳感平板和/或所說第三傳感平板上在與所說第一傳感平板和所說第一連接平板的連接方向相垂直的方向上形成一個或多個切口。
12.按照權(quán)利要求11所述的質(zhì)量傳感器，其中將在所說第一傳感平板上設(shè)置的壓電元件的壓電薄膜的電極方向和在所說第二傳感平板和所說第三傳感平板上設(shè)置的壓電元件的所說壓電薄膜的電極方向設(shè)置成彼此相反。
13.一種質(zhì)量傳感器，包括第一連接平板和第二連接平板，其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū)，和/或在其上形成薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；和第一膜片，在側(cè)面與所說第一連接平板彼此相連接，和第二膜片，在側(cè)面與所說第二連接平板彼此相連接，連接平板第一傳感平板將其中的腔縫連接起來；和其中第二傳感平板、所說第一傳感平板，和所說第一連接平板的側(cè)面彼此相連接使得所說第一連接平板被所說第二傳感平板和所說第一傳感平板夾在中間，并且第三傳感平板和第一傳感平板與第二連接平板相連使得第二連接平板被夾它們的側(cè)面中間，并且在相應(yīng)的所說第二傳感平板和所說第一傳感平板的至少一個表面的至少一部分上設(shè)置所說壓電元件，和所說傳感器基片上設(shè)置的凹進(jìn)區(qū)域的底部側(cè)面與第一連接平板和所說第二連接平板的側(cè)面相連接，該側(cè)面是與第一膜片和第一連接平板的連接側(cè)面相對立的側(cè)面，并且第二膜片和第二連接平板，以及所說第二傳感平板和所說第三傳感平板至少和凹進(jìn)區(qū)域的側(cè)面相連接。
14.按照權(quán)利要求13所述的質(zhì)量傳感器，其中在與所說第一傳感平板的連接方向相垂直的方向上在所說第一傳感平板中至少形成一個切口。
15.按照權(quán)利要求1至14之一所述的質(zhì)量傳感器，其中所說的連接平板是通過將一個薄平板和另外一個具有一個或多個切口和/或開口區(qū)域的平板或圓柱形彈性平板連接在一起形成的。
16.按照權(quán)利要求1至15之一所述的質(zhì)量傳感器，其中所說膜片，所說連接平板、所說傳感平板、和所說傳感器基片是整體形成的。
17.按照權(quán)利要求15或16所述的質(zhì)量傳感器，其中薄平板形成所說連接平板，所說膜片，和所說傳感平板是由振動平板整體形成的，并且另一個平板或圓柱形彈簧平板形成所說連接平板，是由中間平板整體形成的，并且所說連接平板是通過層壓所說中間平板和所說振動平板整體形成的，并且所說傳感器基片是通過層壓所說的振動平板、所說中間平板、和基板整體形成的。
18.按照權(quán)利要求1至17之一所述的質(zhì)量傳感器，其中所說連接平板的薄壁區(qū)域的厚度做成比所說膜片和/或傳感平板的厚度厚。
19.按照權(quán)利要求18所述的質(zhì)量傳感器，其中所說連接平板的厚壁區(qū)域的厚度做成比通過將所說傳感平板的厚度和所說壓電元件的厚度相加得到的厚度更厚。
20.按照權(quán)利要求1至19之一所述的質(zhì)量傳感器，其中所說諧振區(qū)域是在已經(jīng)以合適的形狀在所說傳感器基片上形成的一個或多個凹進(jìn)區(qū)域或通孔的每個內(nèi)表面上形成的。
21.按照權(quán)利要求1至20之一所述的質(zhì)量傳感器，其中吸收和只與所說被測物質(zhì)反應(yīng)的吸收物作用在所說膜片上，在所說吸收物沒有吸收被測物質(zhì)的情況下，和在所說吸收物吸收被測物質(zhì)之后的情況下，通過所說壓電元件測量所說諧振區(qū)域的諧振頻率，并且從測得的諧振頻率的變化中測出所說被測物質(zhì)已經(jīng)被吸收的質(zhì)量。
22.按照權(quán)利要求21所述的質(zhì)量傳感器，其中所說的質(zhì)量傳感器具有至少一組所說膜片，并且至少一個所說膜片上沒有施加所說吸收物。
23.按照權(quán)利要求21或22所述的質(zhì)量傳感器，其中所說的質(zhì)量傳感器包括至少一組膜片，并且每個所說膜片上施加不同種類的吸收物。
24.按照權(quán)利要求1至23之一所述的質(zhì)量傳感器，其中在所說傳感器基片的至少兩個或多個空間上提供所說諧振區(qū)域使得通過將來自各個所說諧振區(qū)域的信號積分?jǐn)U大動態(tài)范圍。
25.按照權(quán)利要求1至24之一所述的質(zhì)量傳感器，其中將至少一個所說壓電元件分割成兩個，并且一個用于驅(qū)動和另一個用于傳感。
26.按照權(quán)利要求1至25之一所述的質(zhì)量傳感器，其中在所說諧振區(qū)域上提供兩個所說壓電元件，并且一個所說壓電元件用于驅(qū)動和另一個壓電元件用于傳感。
27.按照權(quán)利要求1至26之一所述的質(zhì)量傳感器，其中在所說連接平板的表面上提供一個用于傳感的壓電元件。
28.按照權(quán)利要求1至27之一所述的質(zhì)量傳感器，其中在位于所說傳感器基片上的所說薄膜和所說壓電元件之間的中間位置設(shè)置一個具有一對電極的位置傳感器。
29.按照權(quán)利要求1至28之一所述的質(zhì)量傳感器，其中將所說壓電元件，和與所說壓電元件的電極對應(yīng)連接的電導(dǎo)線用樹脂或玻璃絕緣外殼包裹起來。
30.按照權(quán)利要求29所述的質(zhì)量傳感器，其中所說樹脂是碳氟樹脂或硅酮樹脂。
31.按照權(quán)利要求29或30所述的質(zhì)量傳感器，其中在所說絕緣層的表面的至少一部分上形成包含導(dǎo)電元件的屏蔽層。
32.按照權(quán)利要求1至31之一所述的質(zhì)量傳感器，其中所說傳感器基片、所說膜片、所說連接平板、所說傳感平板是用完全固化氧化鋯或部分固化氧化鋯制成的。
33.按照權(quán)利要求1至32之一所述的質(zhì)量傳感器，其中所說壓電元件的壓電薄膜是主要包括鉛鋯酸鹽，鉛鈦酸鹽，或鉛鎂鈮酸鹽的材料。
34.按照權(quán)利要求1至33之一所述的質(zhì)量傳感器，其中至少所說膜片、所說連接平板、和所說傳感平板中的任何形態(tài)的尺寸調(diào)整可以通過使用激光加工或機械加工的修整來實現(xiàn)。
35.按照權(quán)利要求1至34之一所述的質(zhì)量傳感器，其中將使用激光加工或機械加工的修整用來進(jìn)行所說壓電元件的電極的尺寸調(diào)整，從而調(diào)整所說壓電元件的電極的可利用的面積。
36.一種質(zhì)量感測方法，包括提供一種質(zhì)量傳感器，包括一個連接平板，其上形成有一個或多個切口和/或開口區(qū)域和/或在連接平板中形成薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域；一個膜片，在側(cè)面與連接平板彼此相連接；至少一個在側(cè)面與連接平板彼此連接的傳感平板，和至少提供一個壓電元件使得所述連接平板和所述傳感平板的側(cè)面的至少一個區(qū)域與傳感器基片的側(cè)面的一部分相連接，和用所說的壓電元件至少根據(jù)v模式搖擺振蕩或vz模式搖擺振蕩測量諧振頻率，v模式搖擺振蕩就是所述膜片以垂直穿過所述連接平板和所述在中間的傳感器基片的連接平面的中間的垂直軸為軸，在與所述膜片的表面平行的方向和與所述垂直軸正交的方向進(jìn)行的直線形的往復(fù)振蕩，以及vz模式搖擺振蕩就是所述膜片以所述在中間位置的垂直軸為軸，在與所述膜片的表面相平行的方向和與所述垂直軸正交的方向，伴隨著在垂直于所述膜片的表面的方向的運動的搖擺式往復(fù)振蕩。
全文摘要
一種質(zhì)量傳感器包括:一個連接平板,其上具有一個或多個切口和/或開口區(qū),和/或其上具有薄壁區(qū)域和厚壁區(qū)域;一個膜片,在側(cè)面與連接平板彼此相連;一個壓電元件;一個傳感平板,在傳感平板的至少一個表面上的至少一部分上提供有壓電元件,在與膜片和連接平板的連接方向垂直的方向上傳感平板的側(cè)面與連接平板的相對方彼此相連;和一個傳感器基片,與連接平板以及傳感平板的側(cè)面的至少一部分相連;并且膜片、連接平板、傳感平板和壓電元件形成諧振區(qū)。這種質(zhì)量傳感器適宜用于通過測量其上施加有只與被測目標(biāo)(被測物質(zhì))發(fā)生反應(yīng)的用于吸收被測物質(zhì)的吸收物的膜片的質(zhì)量變化引起的諧振頻率的變化來確定物質(zhì)的質(zhì)量。
文檔編號G01N33/543GK1250156SQ9912212
公開日2000年4月12日 申請日期1999年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月4日
發(fā)明者武內(nèi)幸久, 大西孝生, 木村浩二 申請人:日本礙子株式會社