（精）15mhz温控石英晶体微量天平的设计

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1、兰州大学硕士学位论文15MHz温控石英晶体微量天平的设计姓名：李萍申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：刘映杰20091101摘要摘要空间环境表面污染的长期监测对航天器环境保障有着重要的科学研究意义和实用价值。石英晶体微量天平是目前众多用来控制表面污染技术的一种，近年来，它凭借精度高、质量轻、体积小、功耗低等优点，广泛应用于航天器表面分子和颗粒污染的监测。本文研究的温控石英晶体微量天平借助于计算机通信技术将多个石英晶体传感器连接成一个网络，从而达到对航天器多个敏感部分表面的分子污染沉积情况监测的目的。石英晶体微量天平主要由石英晶体振荡器和帕尔贴制冷

2、器两部分组成，测量原理根据索氏公式，通过测量参考晶片与敏感晶片之间的频率差，测量表面沉积污染物的质量以及污染物的质量变化情况。通过一系列测试和地面试验表明它的监测灵敏度可达12．94x10叫g／cmz，在．40～30℃范围内对探头的控温精度优于O．18℃，并可通过计算机控制其工作温度点，实时数据采集系具有1次／s的采集、处理功能和良好的软件操作界面。非常适合应用在空间的污染量监测上。本文在设计过程中，利用了FPGA器件、微控制器和EDA设计技术，充分利用了FPGA器件的功能，尽量做到“以软代硬"，减少分立元件的使用。与以往设计比较，本天平具备实时数据采集和处

3、理能力，计算机与天平之间通过RS．485网络通讯，可实现对多路天平的频率、温度的采集以及温度的设定等功能。根据灵敏度的要求，本文中选用15MHz谐振频率的石英晶体来实现。关键词：石英晶体微量天平；分子污染；温控；FPGAAbstractThelongdetectiononthespacesurfaceenvironmentpoilutionlSsciontificallVsignificantforthespacecrafts’securityandalsohaspracticalvalue．QuartzCrystalMicrobalanceisoneofs

4、killsusedtocontrolthesurfacepollutionatpresent．Inrecentyears，itiswidelyusedinthedetectionofspacecrafts’surfacemoleculesandcontaminationpartiClesbeCauseofitshighaccuracy，lightquality，smallsize，lowpowerconsumptionandotheradvantages·QuartzCrystalMicrobalancestudiedinthispaperconnectsq

5、uartzcrystalsensorstogetherbythetechnologyofcommunicationofcomputerstoformanetwork，SOastobeabletodetectthemoleculespollutionsedimentofthespacecrafts’surface．ItismainlYmadeupbythequartzcrystaloscillatorandthePeltierfreezer，anditsmeasuringprinciplesarebasedontheSauerbreyformula．Bymea

6、suringthefrequencydistancebetweenthereferencechipandthesensorchip，thequalityofthesurfacesedimentpollutantsanditsqualitychangecanbedetected．Aseriesoftestsandthegroundexperimentsshowthatitsdetectionsensitivitycanreachl2．94×10。9g／cm2，andtheprobe’controlledtemperatureaccuracylShigherth

7、an0．18℃under-40"-"30℃．Theworkingtemperaturepointcanbecontrolledbycomputers，Real—TimeData’SAcquisitionandprocessingcanbegotoncepersecond，andtheoperatingsoftwarehasagoodinterface'whichareverysuitabletobeusedinthedetectionofspacepollutionload·Inthedesign，thispaperadoptsFPGAdevice，micr

8、ocontrollerandEADdesignski