电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统及方法与制作流程
格格格点点点QCD在在在K物物物理理理中中中的的的新新 ...
K物理中的常规物理量: BK
Short distance 贡献占主导 ⇒ OPE ⇒ Wilson coeff. C(µ) × operator Q∆S=2(µ)
He∆ffS=2 占间接CP 破坏 K 贡献的绝大部份
K
=
exp(i φ
) sin(φ
)
⎡⎢⎢⎢⎢⎣
Im[⟨K
0 He∆ffS=2 ∆MK
格点QCD——超级计算机上的虚拟实验室
格点QCD：超级计算机上的虚拟实验室
格点QCD简介
格点QCD 40年
最早由诺贝奖获得者 Kenneth G. Wilson 在 1974 年提出 计算机上的第一个数值计算由 M. Creutz 在 1979 年实现 QCD 超级计算机 1983 – 2011
未来几年内，QCD 计算机进入Eflops时代，每秒进行1018浮点运算
格子上的QCD
QCD 格点离散化 夸克场位于格点上, ψ(x), xµ = nµa 胶子场由格点之间的链接来表示 Uµ(x ) = eiagAµ(x)
1 mπ
L a
计算机只能模拟有限的自由度 ⇒ 格距a不是无穷小，格子长度L不是无 穷大 欧氏时空路径积分: 闵氏时间被欧氏时间替代 x0 → −it ⇒ e−iHx0 → e−Ht = e−S[ψ,ψ¯,A] 但哈密顿量 H 在闵氏和欧氏时空是一致的
=++
FLAG average for = + RBC/UKQCD 15A RBC/UKQCD 13 FNAL/MILC 12I JLQCD 12 JLQCD 11 RBC/UKQCD 10 RBC/UKQCD 07
FLAG average for = ETM 10D (stat. err. only) ETM 09A QCDSF 07 (stat. err. only) RBC 06 JLQCD 05 JLQCD 05
虚拟仪器技术资料
G
Uo Ui1 Ui2
1
2
R1 Rg
很显然，调节Rg可以很方便地改变测量放大器的增益大小。
第15页
2．测量放大器主要技术指标
测量放大器的主要技术指标有下面六个方面 1）共模抑制比
共模抑制比CMRR可表示为
CMRR 20 lg Uoc (dB) Uic
2）温度漂移 3）非线性度 4）建立时间 5）恢复时间 6）电源引起的失调
4.2.2 采集信号调理的主要功能 1、被采集信号的特点
传感器感应物理现象并生成与被检测的物理量成比例的电信号。传 感器输出信号的类型，主要有电阻、电压、电流和频率等四类信号。
2、信号调理功能 信号调理功能主要有：
1）放大功能 2）隔离功能 3）多路复用功能 4）滤波功能 5）激励功能 6）线性化功能
直接型
反馈型
采样保持器电路原理
第22页
《虚拟仪器技术》
3．采样保持器的主要性能指标 主要性能指标如下
（1）捕获时间tAC （2）孔径时间tAP （3）保持建立时间tHS （4）孔径抖动 （5）衰减率
采样保持器的动态特性
第23页
《虚拟仪器技术》
4.3.2 A/D转换器的分类和指标
1．A/D转换器分类
DAQ虚拟仪器又称PC-DAQ仪器系统，其组成如 下图所示。它由一台PC机和基于标准总线的采集 卡（仪器卡）构成，同时还配备有仪器驱动软件 来支持硬件工作。
第2页
《虚拟仪器技术》
4.1 数据采集（DAQ）及数据采集系统（DAS）
4.1.1 数据采集的基本概念
“数据采集”（Data Acquisition,DAQ）是指将模拟
基于单片机的QCM检测系统的设计与实现
基于单片机的QCM检测系统的设计与实现魏耀华;马文英;唐雨竹【摘要】A high-precision,tunable and portable QCM detection system taking STC89C52RC as its control core was designed.The system includes the quartz crystal multi-harmonic oscillation module,frequency processing module,single chip microcomputer control module and RS 232 communication module.The quartz crystal multi-harmonic oscillation module is used to drive the quartz crystal,select the frequency,and shape the waveform.The output signal is processed with frequency processing module to hand over to the single chip microcomputer control module for count and display.The data is transmitted between single chip microcomputer and computer through RS 232 communication module.In comparison with the available detection devices,the filter is set for a tunable three-order Butterworth bandpass one,which can satisfy the requirement of quartz crystal with different frequencies by adjusting the center frequency.The temperature control mechanism is added into the software design to further improve the stability of the system.The detection error of the system is only 0.03％.The system has low cost,is easy to carry,and can reach the design requirement.%设计一种以STC89C52RC为控制核心的高精度可调便携式QCM检测系统.系统包括石英晶体多谐振荡、频率处理、单片机控制、RS 232通信等模块,使用石英晶体多谐振荡模块完成晶振片的驱动、频率选择、整形,输出信号经频率处理模块处理后交给单片机控制模块计数并显示,RS 232通信模块实现单片机与计算机之间数据传输.与现有的检测装置相比硬件方面滤波器设置为巴特沃兹三阶可调带通滤波器,通过调节其中心频率可满足多种频率晶振片需要,在软件设计中加入温度控制机制进一步提高了系统的稳定性,测量误差仅为0.03％,且成本低、携带方便,达到了设计要求.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2017(040)016【总页数】4页(P144-147)【关键词】便携式QCM;石英晶体多谐振荡;可调带通滤波;温度控制机制【作者】魏耀华;马文英;唐雨竹【作者单位】成都信息工程大学通信工程学院,四川成都610225;成都信息工程大学通信工程学院,四川成都610225;电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;成都信息工程大学通信工程学院,四川成都610225【正文语种】中文【中图分类】TN305.1-34;TN707当今社会传感技术日益普及，作为一种可以检测到纳克级质量改变，具备极高灵敏度的传感技术[1-3]，石英晶体微天平（QCM）也越来越为人们所熟知。
QuickWave共形时域有限差分法(Conformal FDTD)三维电磁设计与仿真应用及方案介绍
数据 在任何模拟阶段都可调用的场（E 和 H 场分量）、坡印亭矢量和功率耗散分布（时域监测）； 用于周期结构的实部及虚部网格的场（E 和 H 场分量）、坡印亭矢量和功率耗散分布； SAR 计算； 微波加热问题的温度和焓分布； 有效的介质参数分配； 可沿着指定的空间、时间、预定义的轮廓显示场分量； 衰减和 SWR 的虚拟测量； 时域反射结果（使用反射系数和不连续位置的虚拟测量）； 功率耗散和电磁场能量，以及由此产生的 Q 因子计算（也适周期结构的实部及虚部网格）； 整个有损量或指定对象的功耗和能量计算； 有限持续时间脉冲的整个持续时间内能量耗散（功率耗散时间积分）；
的用户界面。它可以自动方式找到最优的解决方案。 优化目标可以基于 QW-3D 或 QW-V2D 的以下后处理选项：
散射参数； 散射 SMN 参数； 辐射模式（线性和圆极化）； FD 监测； 优化
在 优 化 期 间 ， 计 算 目 标 值 和 特 定 的 QW-Simulator 运 行 采 用 的 变 量 值 存 储 在 Optimiser Cache 中 。 QW-OptimiserPlus 使用存储在 Optimiser Cache 中的信息来决定要计算的下一组变量，同时避免对已经计算出目标函 数的状态进行再计算。
传统的阶梯网格划分
QuickWave 共形边界模型
几何形状，复杂的波纹和不均匀的填充； 计算位于圆柱坐标系轴线上的小偶极子或环形辐射器的辐射方向图和辐射电阻； 圆形波导不连续性的 S 参数精确计算，也适用于涉及强色散和多模传播的情况； 屏蔽和开放的非均匀轴对称谐振器的本征频率，Q 因子和纯模态场模式的确定，也适用于涉及紧密间隔模式或
回音壁模式的情况； 轴对称体中加热模式和特定吸收率的计算；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本技术公开了一种电磁激励的无线QCM D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统及方法，属于气相检测领域，包括放置在气相检测腔室内底壁中部的石英晶振片、设置在气相检测腔室底部外侧的激励线圈和接收线圈、用于产生驱动信号的信号发生器、将驱动信号传输至用于匹配激励线圈阻抗的阻抗匹配网络、将接收线圈中的检测电信号进行滤波放大处理的多频段窄带放大滤波电路以及运行在电脑上的控制虚拟阵列系统多频点切换工作的实验控制器；接收线圈接收石英晶振片产生的交变电磁场中的检测电信号；气相检测腔室连接有气体流量控制器，用于控制进入气相检测腔室内的氮气流速，维持气体流速在期望的恒定值。
权利要求书1.一种电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，包括放置在气相检测腔室内底壁中部的石英晶振片、设置在所述气相检测腔室底部外侧的激励线圈和接收线圈、用于产生驱动信号的信号发生器、将所述驱动信号传输至用于匹配激励线圈阻抗的阻抗匹配网络、将接收线圈中的检测电信号进行滤波放大处理的多频段窄带放大滤波电路以及运行在电脑上的控制虚拟阵列系统多频点切换工作的实验控制器；所述接收线圈接收所述石英晶振片产生的交变电磁场中的检测电信号，并将电信号传输到多频段窄带放大滤波电路，所述多频段窄带滤波放大电路受实验控制器控制，分别工作在不同的放大滤波频段上；所述气相检测腔室连接有气体流量控制器，用于控制进入所述气相检测腔室内的氮气流速，维持气体流速在期望的恒定值。
2.根据权利要求1所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，所述的石英晶振片采用无电极的AT切型石英裸片，敏感膜涂覆于晶振片单侧，石英晶振片在交变电磁场驱动下形变振动。
3.根据权利要求1所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，所述的激励线圈和所述接收线圈均为平面螺旋结构线圈。
4.根据权利要求1所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，所述的气相检测腔室为气相检测烧瓶，所述气相检测烧瓶的底部设有用于放置石英晶振片的圆形凹槽。
5.根据权利要求4所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，所述的气相检测烧瓶的底部连接进气管，所述进气管连通至氮气罐，所述进气管上串接有第一单向气体导通阀。
6.根据权利要求4所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，所述的气相检测烧瓶的颈部连接有出气管，出气管上串接有第二单向气体导通阀，出气管的出口连接尾气处理装置。
7.根据权利要求4所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，其特征在于，所述的气相检测烧瓶的瓶口通过瓶塞密封，瓶塞上连接有检测气体进样器。
8.一种用于权利要求1～7中任一权利要求所述的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)调节信号发生器，将触发信号调节为正弦激励脉冲信号，设置gate模式；2)在最高谐频点调节阻抗匹配网络，使信号发生器与激励线圈在各个谐频点阻抗匹配，激励石英晶振片起振；3)使气相检测腔室连通氮气源，控制气体流量控制器打开阀门，使气相检测腔室内充满氮气，排出管路中原有气体，并使氮气导通5～6分钟后，控制关闭气体流量控制器阀门；4)注入样本气体到气相检测腔室中，使谐振状态下的石英晶振片充分接触并吸附气体样本；5)一次检测完成后，控制打开气体流量控制器的阀门，氮气进入检测腔室，使石英晶振片上吸附的气体样本脱附，静置直至石英晶振片恢复到初始基频值；6)重复步骤4)～5)过程进行下一次检测，实现气体检测过程的可重复性；7)根据虚拟多通道频段一设置虚拟通道一当前信号发生器输出信号幅值A1和频率f1；8)接收线圈接收石英晶振片的衰减振荡信号，实验控制器控制多频段滤波放大电路对信号的f1频段的滤波放大处理，再传输至示波器中显示，电脑从示波器获得衰减振荡信号并进行计算虚拟通道一的特征参数；9)每隔3s，依次对其他虚拟通道重复步骤7)～8)过程。
技术说明书一种电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统及方法技术领域本技术涉及气相检测领域，具体地说，涉及一种电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统及方法。
背景技术石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)的发展始于上世纪60年代初期，它是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级，比灵敏度在微克级的电子微天平高1000倍，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。
石英晶体微天平利用了石英晶体的压电效应，将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。
工作过程中，当石英晶振片的电极与待测物质相接触时，待测物质的性质(如质量、粘度、密度等)就会改变石英晶振片的谐振频率，石英晶振片谐振频率的变化与待测物质的质量成线性关系，因而可通过谐振频率的变化测得待测物质质量的变化。
1959年，G.Z.Sauerbrey首次推导出了Sauerbrey方程，用简单的公式描述出了石英晶振片谐振频率f与表面质量变化m 的关系，奠定了石英晶振微天平应用于传感器技术的理论基础，使之得到了广泛的应用。
其中f0为石英晶振片谐振频率，A为石英晶振片中机械波传播的速率，ρq为石英晶振片的密度，μq为石英晶振片的压电剪切模量，Δf为石英晶振片有效压电面积范围上频率的变化，Δm为石英晶振片表面质量的变化。
石英晶振微天平技术将质量变化转化为频率变化输出，检测装备结构简单，实验过程操作简单，检测精度高加之耗散系数D的检测，可以得到待测物质的质量、形态、粘弹性的变化。
所谓振动激励，就是采用适当的电路与机械结构，将电能转换为机械能的过程。
电磁激励是利用电流导体在磁场中受洛伦兹力作用而产生受迫振动，工作稳定可靠，是传统的谐振是传感器中最多采用的激励方式。
但由于这种检测方式必须利用磁场，因此在传感器微型化方面会比较困难。
目前QCM传感器检测方法的研究主要集中在气相和液相稳定检测装置的设计方面，这些装置往往存在操作复杂、耗时长、精度低、使用条件严格等技术问题，公布号为CN105865962A的中国专利文献公开的一种电磁激励的无线QCM-D气相检测系统及方法，虽然解决了上述问题，但是该专利只能工作在单个频率，从单维度上去分析检测对象，只能应用与特定对象的浓度检测，即使做成阵列也需要多个激励源和QCM，系统将变得更加复杂，难以保持数据的一致性、成本较高，从而限制了它的实际应用价值。
技术内容本技术的目的为提供一种电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统及方法，设备简易、操作方便，可以实现灵敏、准确的气体对象的测量，通过虚拟多通道实现同时测量检测气体的多个频段的测量量。
为了实现上述目的，本技术提供的电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统，包括放置在气相检测腔室内底壁中部的石英晶振片、设置在气相检测腔室底部外侧的激励线圈和接收线圈、用于产生驱动信号的信号发生器、将驱动信号传输至用于匹配激励线圈阻抗的阻抗匹配网络、将接收线圈中的检测电信号进行滤波放大处理的多频段窄带放大滤波电路以及运行在电脑上的控制虚拟阵列系统多频点切换工作的实验控制器；接收线圈接收石英晶振片产生的交变电磁场中的检测电信号，并将电信号传输到多频段窄带放大滤波电路，多频段窄带滤波放大电路受实验控制器控制，分别工作在不同的放大滤波频段上；气相检测腔室连接有气体流量控制器，用于控制进入气相检测腔室内的氮气流速，维持气体流速在期望的恒定值。
上述技术方案中，采用单个物理石英晶振片，通过时分复用的方式使得石英晶振片依次工作在不同的谐振频率上，从而构建气相检测虚拟阵列。
阻抗匹配网络与多频段滤波放大电路均可工作在多个频段上，可通过程序控制切换工作频段。
系统中的信号发生器，示波器，气体流量控制器，阻抗匹配网络，多频段滤波放大电路全部与电脑连接，向电脑传输数据，受电脑的控制，所有单元同步工作，切换工作频点与工作状态。
作为优选，石英晶振片采用无电极的AT切型石英裸片，敏感膜涂覆于晶振片单侧，石英晶振片在交变电磁场驱动下形变振动。
无电极的石英晶振片更易加工改进，从而使其工作在更高的谐振频率上。
在石英晶片表面进行涂膜处理后，晶振工作的本征频率为6MHz，并可实现18MHz、30MHz、42MHz等高次谐波的工作，从而实现非接触式无线多频电磁激励。
作为优选，激励线圈和所述接收线圈均为平面螺旋结构线圈。
为了方便安装，作为优选，气相检测腔室为气相检测烧瓶，气相检测烧瓶的底部设有用于放置石英晶振片的圆形凹槽。
作为优选，气相检测烧瓶的底部连接进气管，进气管连通至氮气罐，进气管上串接有第一单向气体导通阀。
作为优选，气相检测烧瓶的颈部连接有出气管，出气管上串接有第二单向气体导通阀，出气管的出口连接尾气处理装置。
作为优选，气相检测烧瓶的瓶口通过瓶塞密封，瓶塞上连接有检测气体进样器。
两个单向气体导通阀可以实现对反应装置内部气流更好地控制，减小反向气流干扰。
进气流量由串联在第一个单向气体导通阀前部的气体流量控制器控制，保证进气流量的稳定与一致。
烧瓶底部加工了一个圆形凹槽，可实现对石英晶片的定位，同时尽可能减小通气气流对晶振摆放位置的干扰，增加试验过程的可靠性。
本技术提供的用于上述电磁激励的无线QCM-D多频时分复用气相检测虚拟阵列系统的方法包括以下步骤：1)调节信号发生器，将触发信号调节为正弦激励脉冲信号，设置gate模式；2)在最高谐频点调节阻抗匹配网络，使信号发生器与激励线圈在各个谐频点阻抗匹配，激励石英晶振片起振；3)使气相检测腔室连通氮气源，控制气体流量控制器打开阀门，使气相检测腔室内充满氮气，排出管路中原有气体，并使氮气导通5～6分钟后，控制关闭气体流量控制器阀门；4)注入样本气体到气相检测腔室中，使谐振状态下的石英晶振片充分接触并吸附气体样本；5)一次检测完成后，控制打开气体流量控制器的阀门，氮气进入检测腔室，使石英晶振片上吸附的气体样本脱附，静置直至石英晶振片恢复到初始基频值；6)重复步骤4)～5)过程进行下一次检测，实现气体检测过程的可重复性；7)根据虚拟多通道频段一设置虚拟通道一当前信号发生器输出信号幅值A1和频率f1；8)接收线圈接收石英晶振片的衰减振荡信号，实验控制器控制多频段滤波放大电路对信号的f1频段的滤波放大处理，再传输至示波器中显示，电脑从示波器获得衰减振荡信号并进行计算虚拟通道一的特征参数；9)每隔3s，依次对其他虚拟通道重复步骤7)～8)过程。