Metodología de diseño de circuitos electrónicos osciladores para la realización de sensores microbalanza de cuarzo en medio líquido

Resumo

Este trabajo trata del desarrollo de una metodología de diseño de circuitos electrónicos osciladores microbalanza de cuarzo (QCM) para aplicaciones en medios amortiguados, y su aplicación a la topología Miller. Para llevarla a cabo se realiza previamente el análisis de los diferentes tipos de sensores de onda acústica utilizados como detectores de masa, y en especial del sensor QCM. Además se realiza un análisis y clasificación de las técnicas de simulación y diseño de circuitos electrónicos osciladores de alta estabilidad, y las técnicas de caracterización de estabilidad en frecuencia. La metodología desarrollada permite obtener los criterios de diseño una topología osciladora en función de las condiciones de funcionamiento del resonador (las características del medio de trabajo y la masa a sensar). Esta metodología permite el estudio de la condición de oscilación y la obtención de los valores críticos de los componentes, las zonas de oscilación posibles y las expresiones óptimas que permiten maximizar las pérdidas. La metodología se aplica a la topología Miller; A partir de los criterios desarrollados se han realizado físicamente cuatro osciladores QCM tipo Miller de alta sensibilidad para su utilización en medios amortiguados. Con el objetivo de aumentar la sensibilidad, los cuatro diseños se han realizado a frecuencias cada vez mayores y se han calibrado para determinar experimentalmente su coeficiente de sensibilidad. Se ha realizado un estudio comparativo del ruido y la resolución de los circuitos en función de la frecuencia y el factor de calidad. Se ha observado que al disminuir el factor de calidad del cristal, a pesar de aumentar frecuencia del oscilador no mejora la resolución del sensor. Sin embargo, para frecuencias del mismo orden de magnitud se pueden utilizar resonadores con factores de calidad similares, de forma que el nivel de ruido no aumenta prácticamente con la frecuencia, y se