A microcontroller-based QCM (quartz crystal microbalance) sensor. 水晶振動子表面を工夫したマイコン内蔵の簡易型センサーの開発

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当研究室の博士修了者 Dr. Ferry Faizalが中心となって考案したQCM型センサーの開発。The development of the QCM-type sensor, an idea initiated by Dr. Ferry Faizal, a graduate of our Lab. The experiments such as ethanol evaporation, water vapor in the humidity chamber, and coating the surface with TiO2 particles had been conducted. エタノール蒸発実験、湿度室での水蒸気実験、TiO2粒子による表面コーティング実験などを行った

quartz crystal microbalance (QCM) (also known as quartz microbalance (QMB), sometimes also as quartz crystal nanobalance (QCN)) measures a mass variation per unit area by measuring the change in frequency of a quartz crystal resonator. 水晶振動子(QCM:Quartz Crystal Microbalance、水晶マイクロバランス(QMB)、水晶ナノバランス(QCN)とも呼ばれる)の周波数の変化を測定することにより、単位面積当たりの質量変化を測定する。 

F. Faizal et al 2022 “The development of simple microcontroller-based QCM with some treatment on the crystal oscillator surface” J. Phys.: Conf. Ser. 2376 012013 DOI.ORG/10.1088/1742-6596/2376/1/012013

ABSTRACT: The low-cost quartz crystal microbalance (QCM) instrument with the microcontroller as the basis of the embedded system of the frequency counter was implemented. The system uses a quartz crystal transducer from the crystal oscillator component. The frequency shifting was observed and analysed in association with some experimental tests. The experiments such as ethanol evaporation, water vapor in the humidity chamber, and coating the surface with TiO2 particles had been conducted. The developed QCM instrument has shown the ability to measure the frequencies in response to the addition or reduction of mass on the surface of the crystal oscillator. These responses are caused by evaporation, humid condition, and deposited particle on the quartz crystal surface. The QCM was varied into two initial frequencies, 5 and 10 MHz. Both types utilise a D flip-flop frequency divider that made a microcontroller-based frequency counter and can count the frequency twice the limit. The more stable 10 MHz have shown promising potential application related to the surface interaction with other material and can hold thicker deposition on its surface with a better stability response than the lower frequency counterpart. 周波数カウンタの組み込みシステムの基本として、マイコンを用いた低価格の水晶振動子式マイクロバランス(QCM)測定器を実現した。このシステムでは、水晶発振器部品から水晶振動子を使用している。いくつかの実験に関連して、周波数シフトを観察し、分析した。エタノール蒸発実験、湿度室での水蒸気実験、TiO2粒子による表面コーティング実験などを行った。開発したQCM装置は、水晶振動子表面の質量の増減に応答して周波数を測定する能力を示した。これらの応答は、水晶振動子表面での蒸発、湿度条件、および堆積した粒子によって引き起こされるものである。QCMは、5MHzと10MHzの2つの初期周波数に変化させた。どちらのタイプも、マイコンベースの周波数カウンターを作ったDフリップフロップの分周器を利用し、限界の2倍の周波数をカウントすることができる。より安定な10MHzは、他の材料との表面相互作用に関連する有望な潜在的アプリケーションを示しており、低周波のものよりも優れた安定性応答でその表面に厚い蒸着膜を保持することができます。