为什么多重谐波在QCM测量中很重要
马林Edvardsson 22年6月28日 >7分钟

为什么多重谐波在QCM测量中很重要

关于药物,不同的共振谐波,即基波谐波和泛音谐波,经常被讨论。那么,这些暗示是怎么回事?QCM测量中真的需要泛音吗?如果是的话,什么时候以及为什么它们很重要?

多重谐波可以激发共振

就像吉他弦一样,QCM晶体可以被激发以几个不同的谐波共振,这些谐波被标记为数字'n '.可用的谐波是基音n = 1和基音n > 1的泛音。

基本是可能激发的共振频率最低的谐波,泛音共振的频率高于基音。对于at切割的QCM晶体,其振荡模式为厚度剪切模式,只有奇次谐波,n = 1,3,5,....都可能被电激发,如图1所示。例如,如果基本模式是5MHz,那么泛音的共振频率是基本模式的奇数倍,即15mhz, 25mhz, 35mhz等。

药物谐波

图1。在厚度剪切模式下谐振的at切割晶体的横截面示意图。左边是基本调n = 1,右边是泛音n = 3。

这意味着可以在不同的谐波下进行QCM测量。一些QCM仪器以单谐波运行,即它们以单频激发晶体,这可能是基频或泛音。其他的QCM仪器,被称为多谐QCM:s,测量多重谐波。T在多谐QCM中测量的频率数可以从两个或两个以上不等。例如,QSense仪器使用高达7次谐波,n = 1 - 13,基频为5MHz,即传感器在5、15、25、35、45、55和65 MHz被激发。

来自多重谐波的信息有助于数据的解释

那么,测量多重谐波的好处是什么呢?这样做的好处是,每个谐波都将提供有关所研究系统的信息——这些信息可用于更详细的数据分析,并更好地理解传感器表面正在发生的事情。

在多谐波QCM测量中,每个谐波将探测所研究的系统在特定频率(即谐波的共振频率)下如何响应“震动”。我们可以利用这个信息,系统在不同谐波下的反应相同或不同,来说明系统的材料性质。在解释QCM数据时,这组附加的信息(与只使用一个谐波相比)非常有用。

测量一个谐波与测量多个谐波的一个类比是黑白或彩色摄影。一张彩色照片比一张黑白照片能透露更多关于研究对象的信息。即使物体只有黑白两色,人们也不能只看黑白照片就能确定。只有从一张彩色照片中,才有可能说这个物体除了黑色和白色之外没有其他颜色。

黏弹性建模需要多重谐波信息

当涉及到QCM数据时,来自多次谐波的额外信息不仅可以提供相关的定性信息,而且它也是能够进行粘弹性分析的关键。为了能够进行粘弹性建模,需要拟合几个未知参数(如厚度,黏度、剪切模量以及黏度和剪切模量的频率依赖关系)来进行数据分析。为了拟合未知参数,至少需要相同数量的测量变量来输入模型。除了频率输入外,还必须输入有关的信息能量损失,D,将提供一个参数。通过捕获f而且D对于3次谐波,我们将有6个测量变量和5个未知变量,如果我们可以假设一个完美的测量和一个完美的模型,这在理论上是足够的。然而,由于数据中总是存在噪声,而且数学模型很少能完美地描述现实,因此使用尽可能多的输入变量来查看模型与现实的吻合程度是明智的。作为比较,通过两个被测点画一条直线总是可能的,但是要确信被测系统的行为符合线性模型,就需要测量更多的数据点,看看它们是如何沿着这条线下降的。

结束语

为了最大限度地从收集的QCM数据中提取信息,并进行粘弹性膜分析,需要多个谐波数据。在粘弹性建模中,存在多个未知数。为了解决这些问题,单次输入的共振频率,f,甚至共振频率和能量损失,D,是不够的。对于单个层的建模,信息f而且D至少需要两个谐波,这意味着泛音测量对于充分的数据分析是必要的。

下载概述,了解更多关于QCM和QCM- d的工作原理以及它们之间的区别。

什么是QCM-D-1
概述

了解更多关于QCM-和QCM- d技术

QCM和QCM- d技术的工作原理下载

编者注:本文最初发布于2018年10月,为全面起见,已进行了更新

封面照片由Dominik Scythe在Unsplash上拍摄

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