用于肺癌检测的QCM中数字频率计的设计与实现

论文摘要

随着测量的技术的发展，对测量的精度要求越来越高，在很多的领域都牵涉到微小量的测量。自从发现了石英晶体的压电效应以后，石英晶体微天平(QCM)受到了广泛的关注和研究，它具有纳克级的测量精度，有着非常广泛且重要的研究的前景，而测量QCM的输出的频率具有非常重要的意义，因为在现代的电子方面的测量领域中频率的测量也是重要的方向之一。因为很多参量的测量都牵涉到频率的测量或者都可以转换成频率方面的测量，频率的测量具有很多优点如准确度高，易分析等优点，频率的测量的重要性是显而易见的。石英晶体微天平(QCM)由于其有精度高、体积又小、成本又低等优点，在近些年来发展的速度非常快，虽然因为其具有很多行业方向的特殊性而应用不同还没有产业化，但是其具有广泛的应用的前景，随着电子方向的信息产业的飞速的发展和测量方面技术的发展使得石英的晶体微天平朝向数字化、小型化、高频率稳定度方向上发展，这些的要求对用于QCM的数字频率计的精度、稳定性的等提出了更高的要求。本文先首先广泛的介绍了目前癌症测量的各种方法及其优缺点，然后介绍了石英晶体微天平测量的基本原理，讨论了AT切石英晶体的质量灵敏度特性和温度频率特性及幅相频率特性，及其振荡相关电路原理和选择。最后着重介绍了用于QCM的数字频率计的硬件方面和软件方面的设计。本课题所设计的数字高精度频率计包含混频模块、信号处理模块、控制模块、和显示模块。本文中的QCM使用AT切石英晶体，利用石英晶体谐振产生的三次泛音，在石英晶体电极上吸附的刚性物质的质量不同而造成的谐振频率漂移来进行测量，因为这个频率比较大，不方便直接测量，因此可以把这个频率和10MHZ的标准频率进行混频，从而得到一个较低的频率。这个频率可以直接送入单片机AT89S51计数，通过数学计算模型将计数值N分离出来，和进行误差校正后用数码管显示出来。实验结果显示，本课题设计用于QCM的数字频率计在QCM的测频范围精度可以达到1HZ，因此可以在QCM测量中使用，因为具有体积小、成本低使用方便等优点在医学和化学等高污染实验室具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 癌症检测技术的发展史
• 1.2 石英晶体微天平的研究现状
• 1.2.1 在医学诊断方面的应用
• 1.2.2 在基因技术上的应用
• 1.2.3 在食品安全检测上的应用
• 1.2.4 在工业生产上的应用
• 1.2.5 在军事上的应用
• 1.3 频率计的研究生产现状
• 1.4 本课题要解决的主要内容和目标
• 1.4.1 课题解决的主要内容
• 1.4.2 预期达到的目标
• 第二章 石英晶体传感器检测的基本原理
• 2.1 石英晶体的物理特性
• 2.1.1 石英晶体的等效数学模型分析
• 2.1.2 石英晶体的温度频率特性
• 2.1.3 石英晶体的振动物理性质分析
• 2.2 石英免疫传感器癌症测量的原理
• 2.2.1 传感器在气相中的测量原理
• 2.2.2 传感器在液相中的测量原理
• 第三章 测量癌症的 QCM 的数字频率计的硬件系统的设计
• 3.1 QCM 测量模块的研究和设计
• 3.1.1 探头的研究和设计
• 3.1.2 振荡电路的选择和分析
• 3.2 频率测量模块的研究和设计
• 3.2.1 测量原理和指标
• 3.2.2 微处理器的选择
• 3.2.3 待测量信号处理芯片的选择
• 3.2.4 显示模块的硬件设计
• 第四章 用于石英晶振癌症检测的数字频率计的软件设计
• 4.1 程序的结构设计
• 4.1.1 设计原理
• 4.1.2 计数流程
• 4.1.3 程序流程图
• 4.2 详细程序设计
• 第五章 实验和结论分析
• 5.1 数字频率计的主要参数指标
• 5.1.1 频率准确度
• 5.1.2 频率测量范围
• 5.1.3 频率计的特点
• 5.2 癌症抗体测量实验及分析
• 5.2.1 测量数学模型和步骤
• 5.2.2 测量材料与方法
• 5.2.3 测量结果和分析
• 5.3 实验用的 PCB 板的原理图和实物图
• 致谢
• 参考文献
• 附录