Chemische Sensoren

Schwingquarze sind dünn geschliffene Quarzplättchen, auf deren gegenüberliegende
Flächen zwei Elektroden aufgebracht werden. Wird an diese Elektroden eine Spannung
angelegt, so kommt es auf Grund der Elektrostriktion - der reziproke Effekt zum
piezoelektrischen Effekt - zu einer mechanischen Deformation des Quarzes. Legt man eine
Wechselspannung an, können sich stehende Wellen ausbilden. Die Resonanzfrequenz ist
dabei der Dicke des Plättchens umgekehrt proportional. Ein 10 MHz Schwingquarz ist
bereits nur mehr 0,168 mm dick (n=0). In Abhängigkeit vom vewendeten Schnittwinkel des
Quarzes treten verschieden Typen von Schwingungen auf: Die Frequenz nimmt in der
Reihenfolge Biege-, Dehnungs-, Flächenscher- und Dickenscherschwingung zu. Auf Grund
mechanischer Probleme bei immer dünner werdenden Plättchen ist die erreichbare
Frequenz bei Verwendung von Obertönen (n>0) auf ca. 70 MHz begrenzt.Will man höhere
Frequenzen verwenden, muss man zu Oberflächenwellenbauteilen übergehen.
Die Massenbeladung eines Schwingquarzes kann formal als Zunahme der Dicke des
Plättchens aufgefasst werden. Eine einfache Rechnung zeigt, daß die Frequenzabnahme
proportional der Massenzunahme und proportional dem Quadrat der Grundfrequenz ist.
Dies eröffnet einen Weg zur Erhöhung der Sensitivität über die Erhöhung der
Grundfrequenz. Die Frequenzabnahme kann gemessen werden, indem der Schwingquarz in
eine Oszillatorschaltung als frequenzbestimmendes Bauteil eingebaut wird. Für einen 10
MHz Schwingquarz mit einer Elektrodenfläche von 1 cm2 ergibt sich eine Abnahme der