專利名稱：石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分子污染檢測(cè)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
石英晶體微量天平(Quartz Crystal Microbalances，QCM)，又稱真空超微天平， 是分子污染監(jiān)測(cè)的主要儀器之一。污染分子沉積在諧振石英晶片的表面上，導(dǎo)致其諧振頻率發(fā)生變化，石英晶體微量天平利用石英晶體表面沉積質(zhì)量變化而導(dǎo)致的振蕩頻率變化探測(cè)污染物沉積質(zhì)量。因此，對(duì)于分子污染檢測(cè)試驗(yàn)來說，其關(guān)鍵在于獲得準(zhǔn)確穩(wěn)定的QCM輸出頻率。ASTM 專門于 2004 年發(fā)布了《Standard Practice for QCM measurement of spacecraft molecular contamination in space)),QCM^ifeif^illJ 試、安裝及使用方法。其中規(guī)定，QCM在使用前必須經(jīng)過性能測(cè)試試驗(yàn)，包括晶片頻溫曲線測(cè)試及匹配、差頻溫度曲線測(cè)試、重復(fù)性測(cè)試、頻率長(zhǎng)期漂移測(cè)試等多項(xiàng)考核內(nèi)容。達(dá)到這些測(cè)試所規(guī)定指標(biāo)的天平才能用于試驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的有效性。目前仍沒有能夠滿足上述條件的測(cè)試系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足了石英晶體微量天平性能測(cè)試方面的需要。本發(fā)明的石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)，包括真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)和真空室，其中，真空室內(nèi)設(shè)置有冷屏，冷屏的底部與晶片試驗(yàn)裝置和QCM探頭試驗(yàn)裝置相配合，冷屏和真空室外與其管路連接的液氮儲(chǔ)罐構(gòu)成低溫系統(tǒng)，建立試驗(yàn)所需低溫環(huán)境，同時(shí)提供晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置的機(jī)械安裝接口，以支撐晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置，并負(fù)責(zé)提供兩個(gè)裝置到冷屏的熱傳導(dǎo)；真空室與真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)真空連接，真空抽氣系統(tǒng)為真空室建立試驗(yàn)所需的真空環(huán)境；試驗(yàn)裝置電連接有測(cè)量控制系統(tǒng)以進(jìn)行溫度和頻率的測(cè)量。其中，真空抽氣系統(tǒng)包括主要由分子泵構(gòu)成的高真空抽氣系統(tǒng)，主要由機(jī)械泵構(gòu)成的預(yù)抽真空系統(tǒng)，真空規(guī)和真空計(jì)構(gòu)成的真空測(cè)量系統(tǒng)。其中，測(cè)量控制系統(tǒng)由溫度測(cè)量控制系統(tǒng)和頻率測(cè)量系統(tǒng)組成。溫度控制系統(tǒng)應(yīng)為數(shù)字式，控溫范圍-190 100°C。頻率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量范圍應(yīng)> 20MHz。其中，冷屏為不銹鋼的圓筒夾心式結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，冷屏外壁均勻纏繞加熱帶以將試驗(yàn)結(jié)束后冷屏吸附的水除去。本測(cè)試系統(tǒng)解決了石英晶體微量天平性能測(cè)試方面的需要。首先，它提供了一個(gè)清潔無油的真空環(huán)境，保證QCM不會(huì)發(fā)生由于污染而導(dǎo)致的頻率改變。其次，它能夠進(jìn)行 QCM及其關(guān)鍵部件-晶片的多項(xiàng)性能測(cè)試，包括溫頻曲線、頻率重復(fù)性、頻率穩(wěn)定性等；第三，它能夠?qū)σ呀?jīng)應(yīng)用的天平進(jìn)行高溫老練，提高可靠性；第四，已經(jīng)應(yīng)用較長(zhǎng)時(shí)間的天平， 其表面沉積有大量的污染物，導(dǎo)致其測(cè)量范圍變小，性能降低，通過該設(shè)備進(jìn)行烘烤，可擴(kuò)大天平測(cè)試范圍，提高性能。


圖1為本發(fā)明的石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為QCM探頭的溫頻曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)，包括真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)和真空室，其中，真空室內(nèi)設(shè)置有冷屏，冷屏的底部與晶片試驗(yàn)裝置和QCM探頭試驗(yàn)裝置相配合，冷屏和真空室外與其管路連接的液氮儲(chǔ)罐構(gòu)成低溫系統(tǒng)，建立試驗(yàn)所需低溫環(huán)境，同時(shí)提供晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置的機(jī)械安裝接口，以支撐晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置，并負(fù)責(zé)提供兩個(gè)裝置到冷屏的熱傳導(dǎo)；真空室與真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)真空連接，真空抽氣系統(tǒng)為真空室建立試驗(yàn)所需的真空環(huán)境；試驗(yàn)裝置電連接有測(cè)量控制系統(tǒng)以進(jìn)行溫度和頻率的測(cè)量。由于復(fù)壓系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、溫度及頻率測(cè)量控制系統(tǒng)具有通用性，因此不再贅述。此處僅對(duì)真空抽氣系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)中的冷屏設(shè)計(jì)、QCM探頭試驗(yàn)裝置、晶片試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。具體來說，本發(fā)明中的冷屏應(yīng)采用圓筒夾心式結(jié)構(gòu)，材料應(yīng)為不銹鋼。冷屏的底部應(yīng)與晶片試驗(yàn)裝置和QCM探頭試驗(yàn)裝置配合。冷屏應(yīng)采用下進(jìn)上出的形式，以增加制冷效率，并且可以使氮?dú)飧玫呐懦?。為在試?yàn)結(jié)束后把冷屏吸附的水加熱烘走，冷屏應(yīng)具有加熱功能，可采用在冷屏外壁均勻纏繞加熱帶的方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中的真空抽氣系統(tǒng)是該石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)的核心系統(tǒng)之一。 真空抽氣系統(tǒng)應(yīng)為潔凈無油抽氣系統(tǒng)。可采用分子泵作為主泵，機(jī)械泵作為前級(jí)泵的抽氣方式。本發(fā)明中的QCM探頭試驗(yàn)裝置提供了 QCM探頭安裝板和低溫散熱平臺(tái)，并提供相關(guān)的測(cè)量線纜連接端口。QCM探頭安裝板應(yīng)設(shè)計(jì)至少3個(gè)探頭安裝孔。天平探頭通過螺釘固定于探頭安裝孔上。測(cè)量線纜連接端口位置應(yīng)合理設(shè)計(jì)以方便操作。本發(fā)明中的晶片測(cè)試裝置是公知的結(jié)構(gòu)，其由晶片安裝板、溫控裝置、鉬電阻、電路組件組成。晶片溫控裝置包括溫控法蘭、加熱片和溫控蓋板，晶片安裝板整體呈倒置的η 形，溫控法蘭是一個(gè)突臺(tái)法蘭，扣在晶片安裝板上，形成一個(gè)放置被測(cè)晶片的空間，溫控法蘭的上部設(shè)置有圓形的加熱片，加熱片的上部設(shè)置有圓形的溫控蓋板，加熱片和溫控蓋板的直徑與突臺(tái)的內(nèi)徑相同，突臺(tái)外的圓形底板上均布有數(shù)個(gè)與冷屏的安裝孔。晶片試驗(yàn)裝置采用冷屏降溫、加熱片升溫的方式構(gòu)成的，S卩，溫控法蘭上表面的外圈與冷屏熱接觸，構(gòu)成散熱通道，在溫控法蘭上表面的中心安裝加熱片，提供熱源。本發(fā)明的石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)的典型測(cè)量結(jié)果如圖2所示。盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(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)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)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
4用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)，包括真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)和真空室，其中，真空室內(nèi)設(shè)置有冷屏，冷屏的底部與晶片試驗(yàn)裝置和QCM探頭試驗(yàn)裝置相配合，冷屏和真空室外的與冷屏管路連接的液氮儲(chǔ)罐構(gòu)成低溫系統(tǒng)，建立試驗(yàn)所需低溫環(huán)境， 同時(shí)提供晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置的機(jī)械安裝接口，以支撐晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置，并負(fù)責(zé)提供兩個(gè)裝置到冷屏的熱傳導(dǎo)；真空室與真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)真空連接，真空抽氣系統(tǒng)為真空室建立試驗(yàn)所需的真空環(huán)境；試驗(yàn)裝置電連接有測(cè)量控制系統(tǒng)以進(jìn)行溫度和頻率的測(cè)量。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，真空抽氣系統(tǒng)包括主要由分子泵構(gòu)成的高真空抽氣系統(tǒng)，主要由機(jī)械泵構(gòu)成的預(yù)抽真空系統(tǒng)，真空規(guī)和真空計(jì)構(gòu)成的真空測(cè)量系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，測(cè)量控制系統(tǒng)由溫度測(cè)量控制系統(tǒng)和頻率測(cè)量系統(tǒng)組成。
4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，溫度控制系統(tǒng)應(yīng)為數(shù)字式，控溫范圍-190 100°C。
5.如權(quán)利要求3所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，頻率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量范圍應(yīng)>20MHz。
6.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，冷屏為不銹鋼的圓筒夾心式結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)，其中，冷屏外壁均勻纏繞加熱帶以將試驗(yàn)結(jié)束后冷屏吸附的水除去。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石英晶體微量天平性能測(cè)試系統(tǒng)，包括真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)和真空室，其中，真空室內(nèi)設(shè)置有冷屏，冷屏的底部與晶片試驗(yàn)裝置和QCM探頭試驗(yàn)裝置相配合，以支撐晶片試驗(yàn)裝置和天平探頭試驗(yàn)裝置，并負(fù)責(zé)提供兩個(gè)裝置到冷屏的熱傳導(dǎo)；真空室與真空抽氣系統(tǒng)、復(fù)壓系統(tǒng)真空連接，真空抽氣系統(tǒng)為真空室建立試驗(yàn)所需的真空環(huán)境；試驗(yàn)裝置電連接有測(cè)量控制系統(tǒng)以進(jìn)行溫度和頻率的測(cè)量。本測(cè)試系統(tǒng)提供了一個(gè)清潔無油的真空環(huán)境，保證QCM不會(huì)發(fā)生由于污染而導(dǎo)致的頻率改變；能夠進(jìn)行QCM及其關(guān)鍵部件-晶片的多項(xiàng)性能測(cè)試，并能夠?qū)σ呀?jīng)應(yīng)用的天平進(jìn)行高溫老練，提高可靠性。
文檔編號(hào)G01G23/01GK102455211SQ20101051268
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者于錢, 易忠, 楊東升, 焦子龍, 臧衛(wèi)國(guó), 院小雪 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所