CN1119628C - 质量传感器和质量检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种质量传感器(30)，其中一个连接片(33)和一个膜片(31)在它们相应的侧面连接的一起；一个传感片(32)在其相应的侧面沿与膜片(31)与连接片(33)连接方向垂直的方向相连；在传感片(32)的至少一个片表面上安装有由一个压电膜和一个电极构成的一个压电元件(35)；由膜片(31)、传感片(32)、连接片(33)、和压电元件(35)组成的一个共振部分与一个传感器基体(34)相连。通过测量共振部分的共振频率随膜片(31)质量变化而产生的变化可以测量出膜片(31)质量的变化。本发明的质量传感器能够容易并且准确地测量毫微克量级的微小质量，包括微生物例如细菌和病毒、化学物质，以及蒸气沉积膜的厚度。

Description

质量传感器和质量检测方法
技术领域
本发明涉及用于确定毫微克(10-9)量级的微小质量的一种质量传感器，例如，用于检测微生物如细菌、病毒、和原生动物的传感器(免疫传感器)，和用于检测湿气、有毒物质、或特殊化学物质如出味成分的质量传感器(湿度计、气体传感器和味道传感器)，以及用于检测质量的一种方法。具体地说，本发明涉及一种质量传感器和一种质量检测方法，其可以方便地用于通过测量由膜片质量改变引起的共振频率的变化确定所检测物的质量，在所说膜片上施加有用于通过仅仅与被检测物发生反应而捕获被检测物的一种捕获物质。
因为本发明并不局限于测量如上所述的施加在膜片上的捕获物质的质量变化，就是说，不局限于直接测量膜片质量变化，所以本发明当然可以测量由于膜片本身质量改变引起的共振频率的变化，所说传感器还可以用作测量蒸气沉积膜厚度的厚度计或露点计。
此外，即使膜片质量不发生直接或间接变化，通过将本发明的质量传感器放置于引起共振频率变化的一种环境中，就是说，通过将其放置于具有不同真空度、粘度、或温度的媒质气体或液体环境中，本发明的质量传感器还可以用作真空计、粘度计、或温度传感器。
因此，尽管根据其实施方式的不同本发明的质量传感器可以具有多种用途，但是相同的基本原理还可以用于测量膜片和包括膜片在内的共振部分的共振频率的变化。
背景技术
随着科学和医学的进步，新开发的药物如抗生素和化学药物已经能够治疗过去认为难以治疗的各种疾病。另一方面，特别是在发达国家中，人们已经习惯于这种医疗保障，人体的免疫力下降，许多人患有由过去对于人体无害的物质或微生物所引起的各种疾病。
在上述疾病中，为了治疗由微生物如细菌、病毒、或原生动物引起的疾病，必须进行微生物检验，以找到其病原体，弄清其类型，和确定其敏感的药物。
目前，在微生物检验的第一阶段，由于可以从病症估计疾病的起因和病原体的类型，所以可以根据疾病的类型选择各种检验试样如血液，用形态学方法识别试样中存在的病原体，或者用免疫化学方法识别试样中存在的抗体原或病原体的特殊代谢物。其方法包括在细菌检验过程中所使用的涂片、着色、或用显微镜观察，近年来，利用荧光抗体着色或酶抗体着色可以在这个阶段进行瞬时识别。
此外，近来用于检测病毒的病毒血清测试是用于验证在病人血清中存在特殊免疫抗体的一种方法。这种方法的实例包括补体结合反应，按照这种方法，通过在测试血液中加入补体，和观察补体是否与血液中的抗原和抗体反应并且凝固在抗原或抗体的细胞膜上或者破坏了细胞膜来确定是否存在抗体或抗原。
除了一些极端特殊的情况，如病症过去从未见过，和疾病由尚未发现的一种新病原体引起的情况，在对由微生物或诸如此类引起的疾病的治疗过程中，通过利用上述的微生物检验方法在早期找到病原体，就能够进行充分的治疗，使病人康复，而不会导致病情恶化。
但是，由于需要进行大量的、耗时的处理工作例如在琼脂上培养试样，利用诸如涂片、着色和显微镜观察方法在紧急时通常难以进行微生物检测。同样在病毒血清检验中，由于按照规范在发病期间和康复期间都必须进行测量以根据抗体数量作出判断，所以从即时诊断的观点来说存在费时的问题。
如在上述的补体结合方法中所看到的，当被检测物质与一种捕获物质反应时，所说捕获物质通过仅仅与被检测的特定物质，微生物发生反应而捕获被检测物质，捕获物质的质量会增加被检测物质的质量，甚至是微小的增加。这种质量增加类似地出现在捕获物质与化学物质例如特定气体物质与气味成分之间的关系中，并且还应用于这样的情况，其中本身没有质量变化的物质为一种捕获物质，在其上沉积或增加一种特定物质。相反，当发生捕获物质或类似物质捕获被检测物质的释放反应时，捕获物质或类似物质的质量会略微减少。
作为检测这种微小质量变化的一种方法的一个实例，在美国专利US-4789804中，如在其附图27中，公开了一种质量传感器80，它包括一个石英振荡器81和朝向石英振荡器的两个电极82、83。当有任何物质从外部吸附到这些电极82、83时，质量传感器80利用石英振荡器81沿电极表面方向的厚度滑移振荡的共振频率的变化检测它们的质量变化。由于这种质量传感器80可以测量主要由负荷在石英振荡器81上的质量变化引起的共振频率的改变，所以这种质量传感器80被认为还可以用作测量蒸气沉积膜厚度或增长的厚度计，或温度计。
但是，当使用这种石英振荡器81时，由于附着外来物质的部分和用于检测共振频率的部分在同一位置，如果质量传感器80本身的压电特性会随试样温度或温度的变化而改变，则共振频率是不稳定的。此外，如果试样是一种导电溶液，并且当质量传感器80不受保护地浸入在试样中，则在电极之间会发生短路。所以，必须对质量传感器80进行绝缘处理，例如覆盖树脂。
发明内容
本发明的目的在于解决微质量传感器中存在的上述问题，并且根据本发明，提供下述的第一种至第六种质量传感器。
作为第一种质量传感器，所提供的质量传感器的特征在于在一个传感片的至少一个片表面的至少一个部分上设置有一个压电元件，至少一个片状膜片的一个侧面与所说传感片的一个侧面相连，使得所说膜片的片表面垂直于所说传感片的片表面，所说传感片的另一侧面与一个传感器基体相连，由所说传感片、所说膜片、和所说压电元件构成一个共振部分。
此外，作为第二种质量传感器，所提供的质量传感器的特征在于一个连接片在相应的侧面与一个膜片相连，一个传感片在相应的侧面沿垂直于所说膜片与所说连接片的连接方向的方向与所说连接片相连，在所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，所说连接片和所说传感片侧面的至少一部分与所说传感器基体的一个侧面相连，由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
此外，作为第三种质量传感器，所提供的质量传感器的特征在于一个连接片在相应的侧面与一个膜片相连，两个传感片在相应的侧面沿垂直于所说膜片与所说连接片的连接方向的方向与所说连接片相连以将所说连接片夹在其间，在至少一个所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，所说连接片与所说传感片侧面的至少一部分与所说传感器基体的一个侧面相连，由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
这里，在第三质量传感器中，可取的是所说压电元件设置在借助于连接片彼此相向的所说相应传感片之一的至少一个片表面上，并且在另一个传感片上沿垂直于所说另一个传感片与所说连接片的接合方向的方向形成有一个或多个，可取的是一组切口。还可取的是在借助于连接片彼此相向的所说相应传感片的片表面上沿至少相同方向设置相应的压电元件，设置在传感片之一上的所说压电元件中压电膜的极化方向，和设置在另一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向相对于连接片是彼此相反的。
接下来，作为第四种质量传感器，所提供的质量传感器的特征在于彼此不直接连接的一个连接片和一个传感片在相应的侧面与所说膜片相连，使得与所说膜片的连接方向彼此平行，所说连接片和所说传感片与一个传感器基体的一个侧面相连，在所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
作为第五种质量传感器，所提供的质量传感器的特征在于被在相应侧面连接的两个连接片夹持的一个膜片组件跨越设置在在传感器基体上形成的一个凹陷部分的侧表面之间，两个传感片中的每一个都跨越设置在所说连接片之间，并沿垂直于所说相应连接片夹持所说膜片的方向的方向跨越所说凹陷部分的底侧，在所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置一个压电元件，由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
这里，凹陷部分指由彼此相向的侧面与连接这些侧面的底侧形成的区域；但是，在本发明中底侧不一定是平面，相反，只要不影响对于膜片振荡和共振频率的测量，底侧的形状可以具有不同的变化，例如在底侧形成一个凹陷或一个凸起。
作为第六种质量传感器，所提供的质量传感器的特征在于被在相应侧面连接的两个连接片夹持的一个膜片组件跨越设置在在传感器基体上形成的一个通孔之间，至少一组传感片沿垂直于所说相应连接片夹持所说膜片方向的方向设置在所说相应的连接片与所说通孔侧壁之间，或者设置在所说膜片与所说通孔侧壁之间，在至少一个所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
这里，在第六质量传感器中，如果所说压电元件设置在借助于所说连接片或膜片彼此相向的每对所说传感片的至少一个片表面上，可取的是在沿垂直于所说另一个传感片与所说相应的连接片的接合方向的方向在另一个传感片形成一个或多个，最好是一组切口。此外，如果沿至少相同方向在借助于所说连接片彼此相向的每对所说相应传感片的片表面上设置相应的压电元件，可取的是设置在一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向与设置在另一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向相对于所说连接片或所说膜片是彼此相反的。
在第二至第六质量传感器中，可取的是所说膜片、所说连接片、和所说传感片在彼此连接时形成同一个平面，就是说，这些部件具有几乎相同的厚度。还可取的是，所说传感片固定在由所说连接片和所说传感器基体形成的所说凹陷中并与之接合。为此，可取的是所说膜片、所说连接片和所说传感片是由一个膜片一体形成的，所说传感器基体与所说膜片和基片一体地叠置在一起。
还可取的是，在所说连接片的一个或每个片表面上粘结一个弹性片，并且该弹性片与所说传感器基体或弹性片加强件相连。这时，与使用粘结剂粘结的结构不同，可取的是利用一体地插入所说膜片与所说基片之间的一个中间片一体地形成所说弹性片，或者利用与所说膜片一体形成的弹性片加强件一体形成，并且还与所说连接片一体形成。如果使用多个连接片，可取的是所说连接片与所说弹性片组件具有相同形状。还可取的是所说质量传感器具有与所说传感器基体侧面相连的一个加强片，在这种情况下，可取的是所说加强片与所说弹性片和所说传感器基体一体形成。
由于在所说膜片上施加了仅仅与被检测物质反应并且捕获这种被检测物质的一种捕获物质，所说压电元件测量在被检测物质尚没有被捕获物质捕获时与在被检测物质已经被所说捕获物质捕获之后共振部分的共振频率的变化，根据本发明构成的所有质量传感器都适用于测量被捕获物质捕获的被检测物质的质量。
可取的是在所说传感器基体上设置至少两个共振部分，在其中一个共振部分的膜片上不施加捕获物质以使用这个膜片作为基准。另一方面，在每个共振部分上施加不同的捕获物质也是可取的，就是说，在一个传感器中提供了分别施加一种以上的不同捕获物质的多个共振部分。这里，可以在所说传感器基体上设置一个以上的共振部分，以通过合并来自各个共振部分的信号扩展动态范围。此外，可以在所说传感器基体内部形成任意形状的一个通孔，并在所说通孔的内圆周表面上形成所说共振部分。
为了提高灵敏度，将一个压电元件拆分成两个部分也是可取的，一个用于驱动，另一个用于检测。此外，为了提高灵敏度，可取的是在一个共振部分上设置两个压电元件，一个压电元件用于驱动，另一个用于检测。所以，可以将设置在一个共振部分上的两个压电元件中的每一个进一步拆分成两个部分，在这种情况下，两个压电元件中的每一个都具有驱动和检测功能。
此外，如果试样是一种导电溶液时，可取的是提供一个位置传感器，它由设置在传感器基体上膜片与压电元件中间的一对电极构成，从而即使将质量传感器浸入溶液中时，膜片浸入溶液中，而压电元件没有浸入溶液，以便将质量传感器安装在适当的位置。如果用一种树脂或玻璃绝缘覆层覆盖压电元件、压电元件的电极和与电极连接的电极引线，那么即使试样是一种导电溶液，也可以防止电极或其它部分短路。此外，可取的是在所说绝缘覆层表面上形成由一种导电材料构成的一个屏蔽层，以便减少诸如外部电磁波之类的噪声。
可取的是，构成本发明的质量传感器的传感器基体、膜片、连接片、传感片、和弹性片由稳定的氧化锆或部分稳定的氧化锆组成。作为压电元件中压电膜的材料，包含主要由锆酸铅、钛酸铅、和铌酸铅镁组成的成分的材料是适用的，如果通过用激光处理或机加工整形可以调整膜片、连接片、传感片、或弹性片的形状，就能够控制振荡模式、调节共振频率和灵敏度。更可取的是，压电元件的电极经过激光处理或机加工处理，以调节压电元件的有效电极面积。
这里使用的术语“压电”的含义包括压电性和电畸变，被称为压电元件的器件包括电畸变元件，而压电陶瓷包括电畸变陶瓷。
下面，根据本发明，提供相应于上述各种质量传感器结构的质量检测方法。首先，提供使用质量传感器检测质量的一种方法，在所说质量传感器中，至少一个片状膜片的一个侧面与所说传感片的一个侧面接合，使得所说膜片的片表面垂直于所说传感片安装压电元件的片表面，所说传感片的另一侧面与所说传感器基体相连，该方法特征在于用所说压电元件根据所说膜片的θ-模式摆动振荡、φ-模式摆动振荡、或所说膜片沿所说垂直轴方向的振荡中至少一种振荡测量共振频率，在所说θ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以垂直穿过固定平面的垂直轴为中心作摆锤状振荡，所说固定平面是所说膜片与所说传感片的接合表面；在所说φ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片的侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以所说垂直轴为中心作摆锤状振荡，同时伴随着沿平行于所说膜片侧面方向的摆动。
这种使用质量传感器检测质量的方法适于用作使用根据本发明构成的上述第一质量传感器利用其结构检测质量的一种方法。
并且，根据本发明，提供使用质量传感器检测质量的一种方法，所说质量传感器具有至少一个压电元件，其中一个连接片在相应的侧面与一个膜片相连，至少一个传感片在相应的侧面沿垂直于所说膜片与所说连接片的接合方向与所说连接片相连，所说连接片和所说传感片侧面的至少一部分与所说传感器基体侧面的一部分相连，该方法的特征在于用所说压电元件根据所说膜片的θ-模式摆动振荡、或φ-模式摆动振荡中至少一种振荡测量共振频率，在所说θ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以垂直穿过一个固定平面的垂直轴为中心作摆锤状振荡，所说固定平面是所说连接片与所说传感器基片的接合表面；在所说φ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片的侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以所说垂直轴为中心作摆锤状振荡，同时伴随着沿平行于所说膜片侧面方向的摆动。
这种使用质量传感器检测质量的方法适于用作使用根据本发明构成的上述第二和第三质量传感器利用其结构检测质量的一种方法。
此外，根据本发明，提供使用质量传感器检测质量的一种方法，所说质量传感器具有至少一个压电元件，其中被在相应侧面连接的两个连接片夹持的一个膜片组件跨越设置在一个凹陷部分的侧表面之间或者跨越设置在形成于传感器基体的一个通孔中，在所说相应的连接片与所说凹陷部分的底侧或所说通孔的侧面之间，或者在所说膜片与所说凹陷部分的底侧或所说通孔侧面之间沿垂直于所说相应连接片夹持所说膜片的方向设置有至少一组传感片，该方法的特征在于用所说压电元件根据所说膜片的θ-模式摆动振荡、φ-模式摆动振荡、所说膜片以所说垂直轴为中心的摆动振荡(该振荡是沿与垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向平行方向的振荡)或所说膜片沿所说膜片片表面方向的旋转振荡中至少一种振荡测量共振频率，在所说θ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以垂直穿过一个固定平面的垂直轴为中心作摆锤状振荡，所说固定平面是所说连接片与所说传感器基片的接合表面；在所说φ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片的侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以所说垂直轴为中心作摆锤状振荡，同时伴随着沿平行于所说膜片侧面方向的摆动。
这种使用质量传感器检测质量的方法适于用作使用根据本发明构成的上述第五和第六质量传感器利用其结构检测质量的一种方法，而且还适于用作使用第四质量传感器检测质量的一种方法，在所说第四质量传感器中传感片也用作连接片。
根据如上所述的本发明的质量传感器，可以从设置在质量传感器中的共振部分的共振频率的变化的具体值在短时间内准确地获知膜片中出现的微小质量变化，而且这种质量传感器具有易于进行测量操作的优点。所以，通过将质量传感器放置在改变共振部分的共振频率的环境中，可以测量各种物理和化学特性。例如，本发明的质量传感器可以适用为蒸气沉积膜的厚度计和露点计，它们利用膜片质量的直接变化；真空计、粘滞度计、和温度传感器，它们利用了放置膜片的环境，诸如真空、粘滞度、和温度；特别是，通过在所说膜片上施加与被检测物质如试样中微生物或化学物质选择性地发生反应的一种捕获物质，并且利用这种捕获物质质量的变化来识别被检测物质和测量它的质量。
附图简介
图1为表示本发明的质量传感器的一个实施例的透视图，(a)至(d)为膜片位置和数量改变的多个实施例的透视图；
图2为表示安装在本发明的质量传感器中的一种压电元件的一个实施例的透视图；
图3为表示安装在本发明的质量传感器中的另一种压电元件的一个实施例的透视图；
图4为表示安装在本发明的质量传感器中的再一种压电元件的一个实施例的透视图；
图5为表示本发明的质量传感器的另一个实施例的示意图；其中(a)为平面图；(b)为表示θ-模式摆动振荡的示意图；(c)为表示φ-模式摆动振荡的示意图；
图6为表示本发明的质量传感器的又一个实施例的平面图；
图7为表示本发明的质量传感器的再另一个实施例的示意图；(a)为平面图；(b)至(e)为剖面视图；
图8为表示本发明的质量传感器的驱动的示意图；
图9为表示本发明的质量传感器的再又一个实施例的示意图；(a)和(b)为平面图；(c)为一个剖面视图；
图10为表示本发明的质量传感器的再另一个实施例的平面图；
图11为表示本发明的质量传感器的再又一个实施例外观的平面图；
图12为表示图11所示质量传感器中传感器部分结构的平面图；
图13为表示图12所示质量传感器中传感器部分结构的透视图；
图14为表示图12所示质量传感器中传感器部分结构的另一个透视图；
图15为表示本发明的质量传感器的再另一个实施例的平面图；
图16为表示本发明的质量传感器的再又一个实施例的平面图；
图17为表示本发明的质量传感器的再另一个实施例的示意图；其中(a)为平面图；(b)为剖面视图；
图18为表示本发明的质量传感器的再又一个实施例的平面图；
图19为表示本发明的质量传感器的再又一个实施例的示意图；(a)为平面图；(b)至(d)为剖面视图；
图20为表示本发明的质量传感器的再另一个实施例的平面图；
图21为表示本发明的质量传感器的再又一个实施例的平面图；
图22为表示本发明的质量传感器的再另一个实施例的示意图；(a)至(d)和(f)为表示传感片与连接片连接的各种结构的平面图；(e)为表示传感片与膜片相连的结构的平面图；
图23为表示处理用于制造本发明的质量传感器的一个传感器基体的毛坯片的一个示例的平面图；
图24为表示在制造本发明的质量传感器时优选调节的大小和形状的示意图；
图25为表示处理本发明的质量传感器的压电元件的一个示例的示意图；
图26为表示本发明的质量传感器的操作特性的示意图；
图27为表示常规微质量传感器的基本结构的剖面视图；和
图28为表示一种常规石英摩擦真空计的石英振荡器结构的透视图。
实现发明的最佳方式
下面参照附图介绍本发明的实施例，特别是针对用于施加仅仅与一种特定被检测物质发生反应和将所说特定被检测物质捕获在膜片上的一种捕获物质的一种质量传感器。
但是，如上所述，由于本发明可以用于许多其它的用途，所以无论如何本发明并不局限于下述的各个实施例。
图1(a)为表示本发明的质量传感器50A的一个实施例的一个透视图。在至少一个传感片51的片表面上具有有一个压电元件55，其包括一个第一电极52、一个电压膜53、和一个第二电极54。所说压电元件55可以设置在所说传感片51的两个表面上，所说第一和第二电极52、54与用于将它们与一个频率计或类似仪器相连的一根电极引线(未示出)相连。
一个片状膜56与所说传感片51的一侧接合，使得所说膜片56的片表面与传感片51的片表面彼此垂直。这里，“传感片51的两侧”意指垂直于传感片51上安装压电元件55的片表面的一个平面，即沿厚度方向的一个平面，而“一侧”意指两侧之一。此外，所说传感片51的另一侧，在这里，是指与膜片56接合的侧面相反的侧面，与一个传感器基体49相连，并且由所说膜片56、所说传感片51、和所说压电元件55组成一个共振部分，以构成所说的质量传感器50A。
这里，膜片主要是指引起或发生质量变化的部分，并且，膜片是能够以如下所述各种模式振荡的一个元件；连接片是指连接所说膜片、传感器基体、和传感片的一个元件；传感片是指由于所说膜片移动而变形，并且将应变传递给安装在所说表面上的检测元件例如一个压电元件，或者相反，将由一个驱动元件例如一个压电元件产生的应变或振荡传递到所说膜片的一个元件。所说传感器基体是指支撑所说共振部分、承载用于连接到测量仪器的多个电极端子的一个元件，其在实际应用中用于定位。
使用这种质量传感器50A的方法包括，例如，向所说膜片56施加仅仅与被检测物质发生反应和捕获这种物质的一种捕获物质，将膜片56浸入液体试样或暴露在气体环境例如特定气体中，以测量所说质量传感器50A的压电元件55共振频率变化的一种方法，或者在将所说膜片56浸入一种液体试样中并置于一种气体中干燥之后测量共振频率的一种方法。这种被检测物质的一个实例是引起疾病的一种抗原，而所说捕获物质的一个实例就是这种抗原的一种抗体。
这里，所说质量传感器50A的共振频率根据共振部分的质量，特别是膜片56质量的变化而变化。就是说，在被检测物质还没有被所说膜片56捕获的状态下所说共振部分的共振频率与在被检测物质已经被捕获的状态下的共振频率是不同的，依赖于已经被捕获的被检测物质的质量。所以，通过利用压电元件55测量共振频率的变化，可以测量由施加于膜片56上的捕获物质捕获的被检测物质的质量。
如果所说膜片56的质量从初始状态的质量开始减少，按照同样的原理，所说质量传感器50A可以用于测量质量的减少。例如，所说的重量传感器50A可以适用于所施加的捕获物质由于某种原因剥落的情况，膜片56本身材料发生极其微弱腐蚀或极其小量溶解的情况，或者用于测量除了捕获物质以外的、施加于所说膜片56上的特定化学物质由于这种化学物质的蒸发或溶解引起的质量变化。
这种质量传感器50A的结构可以概括为这样一种结构，其中至少一个片状膜片56的一侧与一个传感片51的一侧接合，使得所说膜片56的片表面垂直于安装所说传感片51的压电元件55的片表面，而所说传感片51的另一侧与所说传感器基体49接合。这里，作为质量传感器50A中用于测量共振频率的膜片的振动模式，可取的是根据θ-模式摆动振荡(下文中称之为“θ-模式”)、φ-模式摆动振荡(下文中称之为“φ-模式”)和沿Y-轴方向的振荡中至少一种振荡模式测量共振部分的共振频率。在所说θ-模式中，所说膜片56作以垂直穿过固定平面中心的垂直轴(Y-轴)为中心的摆锤状振荡，所说固定平面是指图1(a)中所说膜片56与所说传感片51接合的平面，沿垂直于所说膜片56侧面的方向，并且还沿垂直于所说Y-轴的方向，亦即沿X-轴的方向；在所说φ-模式中，膜片56作以沿垂直于所说膜片56侧面方向的Y-轴为中心的摆锤状振荡，并且还沿垂直于所说Y-轴的方向，亦即沿X-轴的方向，当所说膜片56偏离Y-轴时还伴随着沿平行于所说膜片56(Z-轴)侧面方向放大的摆动。
这些位移模式意指所说膜片56的位移方向在上述方向是占优势的，但是不能完全排除上述方向以外的其它方向的分量。这在下文中描述各个实施例时还会应用于引用各种位移模式。
由于这些θ-模式和φ-模式与在后面所述的质量传感器30的相应模式是相同的，所以将在描述质量传感器30过程中对它们进行详细介绍；但是，因为这些振荡模式都是利用所说膜片56侧面实现的刚体振荡模式，所以它们特别适用于所说膜片56或整个质量传感器50A浸入一种液体中的情况。
当所说质量传感器50A用于一种气体中时，除了上述振荡模式以外还可以有效地利用沿图1(a)中Z-轴方向的弯曲占优势的弯曲模式。当这种弯曲模式用于一种液体中时，虽然液体粘滞度或密度的影响大于在上述θ-模式和φ-模式中，但是通过测量共振频率仍然能够获知质量的变化。因此，通过检测由上述膜片56的振荡在压电膜53上感生的电压，可以获知共振频率的变化，或者膜片56质量的变化。
因为采用了上述质量传感器50A的工作原理，所以图1(b)至图1(d)所示的质量传感器可以作为与图1(a)所示实施例具有相似功能的质量传感器的多个实施例。图1(b)所示的质量传感器50B在传感片51的一侧上具有与图1(a)实施例所示膜片56相似的两个平行膜片56。使用多个膜片56可以改善质量传感器的动态范围。
多个膜片56与传感片接合的位置是没有限制的，只要该侧面是除所说传感片51与所说传感器基体49连接的侧面以外的一个侧面即可。而且，因为至少需要一个膜片56，所以所说膜片56可以如在图1(c)中所示的质量传感器50C一样连接到传感片51的多个侧面中与传感片51和传感器基体49相连的侧面垂直的侧面上。此外，两个膜片56中的每一个可以与一对彼此相对的侧面接合，如在图1(d)中所示的质量传感器50D，以如质量传感器50B一样改善动态范围。
在这种情况下，可取的是，所说膜片56与传感片51接合的位置在传感片51尽可能地远离检测器基体49的端部附近，因为可以增大θ-模式和φ-模式的Q-值(峰值，下文中称之为“Q-值”)，就是说，增大膜片56的振幅，和提高灵敏度。当然，也可以使用如图1(a)至图1(d)所示质量传感器50A-50D的这些实施例的任意组合。
虽然安装在上述质量传感器50A-50D上的压电元件55通常为叠片型，其中一个第一电极52、一个压电膜53、和一个第二电极54如图2所示叠置在一起，但是也可以使用如图3所示的具有梳状结构的压电元件62A，其中压电膜58设置在传感片57上，一个第一电极59和一个第二电极60在压电膜58的顶部构成恒定宽度的间隙61。图3中所示的第一电极和第二电极60可以形成在传感片57和压电膜58之间的表面中。此外，如图4所示的压电元件62B也是适用的，其中压电膜58嵌埋在梳状第一电极59与第二电极60之间。
这里，当使用如图3或图4所示的梳状电极时，通过减小间距63可以提高测量灵敏度。在后面所述的本发明的所有质量传感器中都使用如图2至图4所示的这些压电元件。
虽然如上所述的质量测量可以利用质量传感器50A至50D实施，但是检测灵敏度的提高受到限制，因为膜片56的面积不可避免地很小，所以使得施加捕获物质的面积很小，从而使得当测量蒸气沉积膜的厚度时质量变化很小。此外，在膜片56上可能出现翘曲或弯曲，而且，可能强烈地产生仅仅膜片56振荡的模式。所以，可取的是将其结构改进为如图5(a)所示结构以解决这类问题。
图5(a)为表示本发明的质量传感器的另一实施例的一个平面图。在质量传感器30中，一个膜片31和一个连接片33在它们相应的侧面连接，一个传感片32与连接片33沿垂直于Y-轴方向的一个方向，即X-轴方向在它们相应的侧面相连，所说Y-轴方向是膜片31与连接片33连接的方向。压电元件35安装在传感片32的至少一个片表面的至少一个部分上以构成检测部分36，所说连接片33和传感片32的侧面的至少一个部分与传感器基体34的侧面接合，而不将膜片34与传感器基体34直接连接。因此，由所说膜片31、连接片33、传感片32和压电元件35构成一个共振部分，进而构成一个质量传感器30。
这里，虽然所说膜片31、连接片33和传感片32并不必须具有相同的厚度，但是可取的是它们具有相同的厚度，以便形成同一表面，更加可取的是，它们是一体形成的。与膜片31、连接片33、和传感片32的厚度和连接有关的状态同样应用于下述的根据本发明构成的所有质量传感器中。此外，可取的是所说连接片33和传感片32的侧面与所说传感器基体34一体地形成。
这种质量传感器30的结构可以归纳为这样一种质量传感器，其具有至少一个压电元件，其中一个连接片33和一个膜片31在它们各自侧面连接在一起；至少一个传感片32与所说连接片33沿与所说膜片31和所说连接片33连接方向垂直的一个方向在它们各自侧面相连；所说连接片33和传感片32的侧面的至少一个部分与所说传感器基体34的一个部分相连。在质量传感器30中，可以利用弯曲模式、轴向旋转模式、θ-模式和φ-模式中至少一种振荡模式。在所说弯曲模式中，当膜片31沿垂直于X和Y轴的Z-轴(未示出)方向弯曲时发生振荡；在所说轴向旋转模式中，当膜片围绕Y-轴旋转时发生振荡；在所说θ-模式下，膜片31在膜片31的片表面内以Y-轴为中心沿X-轴方向作摆锤振荡，从而形成与Y-轴的一个恒定夹角θ；所说φ-模式是以Y-轴为中心沿X-轴方向的摆锤振荡，并且当膜片偏离所说Y-轴时其中平行于所说膜片31侧面的、沿Z-轴(未示出)的摆动分量增大。
下面进一步详细介绍上述的θ-模式和φ-模式。图5(b)为表示θ-模式的示意图，表示从图5(a)中的A-A方向，即从Y-轴方向向X-轴观察看到的图5(a)中的质量传感器30时膜片31位置的变化。这里，当没有发生振荡时膜片31的上端表面31F处于位置P1，但是在θ-模式下，膜片31在膜片31的片表面内以Y-轴为中心，即在X-Y平面内沿X-轴方向作摆锤振荡，从而与Y-轴形成恒定角度θ。这时，沿A-A方向，可以将膜片31的上端表面31F描述为在X-轴上的位置P2与P3之间的往复移动，这种振荡移动定义为θ-模式。
接下来，图5(c)为表示φ-模式的示意图，并且与图5(b)类似，图5(c)表示从图5(a)中所示的A-A方向观察看到的膜片31的位置的变化。当没有发生振荡时所说膜片31的上端表面31F也处于位置P1。如上所述，在φ-模式下，膜片31在膜片31的表面内沿X-轴方向以Y-轴为中心作摆锤振荡，当其移动偏离Y-轴时沿平行于膜片31侧面的Z-轴方向的摆动分量增大。就是说，可以将膜片31的上端表面31F沿A-A方向的移动描述为在弧形轨迹S上的位置P4与P5之间的往复移动，所说弧形轨迹S的中心O为Z-轴上的一个点，并且穿过位置P1。这时，Z-轴与连接膜片31和中心O的直线之间的夹角为φ，这种振荡模式定义为φ-模式。
由于这些振荡模式的影响，压电元件35的压电膜受到拉伸应力或挠曲应力的作用，并产生对应于应力幅值的电压。这时利用所说压电元件35测量由膜片31、连接片33、和检测部分36构成的共振部分的共振频率。当某些物质附着到膜片31上或者从膜片31上脱落使得膜片31质量发生变化时，因为共振部分的共振频率主要随着膜片31质量的变化而改变，所以遵循与质量传感器50A至50D相同的原理，根据共振部分的共振频率的变化可以获得质量的变化。通过在传感片32的两个表面上安装两个压电元件35，并将由这些压电元件35检测的信号进行比较，可以增大动态范围。此外，在这种情况下，通过使用其中一个压电元件35驱动(激励)所说膜片31，而使用另一个压电元件35进行检测(接收振荡信号)可以提高灵敏度。
进一步，在图5(a)中，可取的是提高灵敏度，沿Y-轴方向安装一个压电元件35，将其分成两个压电元件35A和35B，并使用它们分别进行驱动和检测。将压电元件35拆分的方法包括在安装一个压电元件35之后利用激光处理拆分方法和同时分别安装两个压电元件部分35A和35B的方法。用于安装多个压电元件，和拆分并使用各个压电元件35的这些方法可以应用于根据本发明构成的所有质量传感器中。
当将所说膜片31浸入液体中利用上述弯曲模式测量共振频率时，所说膜片31具有一个缺点，即膜片31受到来自液体的与膜片31面积相应的阻力，从而难以检测膜片31的微小质量变化。但是，当试样为气体时，由于阻力值很小，所以可以使用弯曲模式。但是，在这种情况下，可取的是缩短膜片31沿Y-轴和X-轴的方向。
在围绕Y-轴的旋转模式下，由于在连接片33的宽度(沿X-轴方向的宽度)朝向膜片31延伸处膜片31的质量变化在Y-轴附近对于膜片31的旋转振荡影响很小，并且比在膜片31左端和右端的质量变化对于旋转振荡的贡献小，所以产生了灵敏度依赖于膜片质量变化的位置的问题。在这种情况下，通过象图6所示的质量传感器30A一样，使膜片形状为凹形和使Y-轴附近的面积减小可以使测量误差最小。这时，当质量变化相同时，为了使在施加试样位置处的测量误差最小，可取的是，减小尺寸H1；为了增大动态范围，可取的是增大尺寸H2。
因而，在使用θ-模式和φ-模式时，无论试样是液体或气体，通过减小图5中所示的尺寸H3和H4，能够使捕获物质施加到膜片31上的位置的影响变为最小。此外，因为膜片31较薄，密度或粘滞度的影响很小，并且由于膜片31是以刚体模式工作的，所以温度变化的影响很小，从而使得质量传感器在灵敏度和环境阻力方面都很优秀。所以，可取的是，本发明的质量传感器按照θ-模式和φ-模式工作。
在本发明中，也可以采用在连接片的一个片表面或两个表面上结合一个弹性片，并将所说弹性片与一个传感器基体或一个弹性片加强件连接的结构。图7(a)为表示质量传感器40A的平面示意图，这是将一个弹性片38和一个弹性片加强件39安装在上述的质量传感器30上的一个实施例。图7(b)至图7(e)为从X-轴方向向Y-轴看到的各个剖面视图，它们表示安装弹性片38和弹性片加强件39的一些示例。
弹性片38与连接片39的至少一个片表面相连。虽然弹性片38的宽度可以如图7(a)所示比连接片33的宽度窄，但是，可取的是，弹性片38的宽度与连接片33的宽度相同。而且，当将用相同材料制成的弹性片38结合在连接片33的两个片表面上时，可取的是，这些弹性片38的形状相同。但是，当弹性片38的材料根据制成连接片33的不同材料而改变时，不要求这些弹性片38的形状相同，但是考虑到每个弹性片38的杨氏模量或或其它物理特性，它们可以采用适合的形状。
通常这些弹性片38还与传感器基体34相连。在这种情况下，根据连接片34与传感器基体34连接的位置决定是否需要弹性片加强件39。就是说，如果连接片33如图7(b)和图7(c)所示连接到弹性片38与传感器基体34直接连接的位置，则不需要弹性片加强件39，因为传感器基体34也用作弹性片加强件39。这时，弹性片38可以仅仅结合在连接片33的一个片表面上。
但是，当连接片33如图7(d)所示在其端部将弹性片38A与传感器基体34相连时，传感器基体34也用作弹性片加强件39；但是，对于弹性片38B，可取的是提供一个弹性片加强件39以支承弹性片38B。即使当连接片33如图7(e)所示在其端部与传感器基体12相连时，如果仅仅使用了弹性片38A，其可以与传感器基体12结合，而没有使用弹性片38B时，也不需要弹性片加强件39。
通过结合弹性片38，增大了共振部分的机械强度。而且，由此可以减小连接片33和膜片31的厚度，并且有利地减小了在液体中测量时共振峰值的衰减。此外，可取的是在连接片33的两个片表面上结合弹性片38，因为当用压电元件35激励膜片31时，可以激励由连接片33和弹性片38构成的弹性部分的重心，膜片31易于以θ-模式振荡。
在图8(a)和图8(b)中分别表示了在图7(c)和图7(d)所示的实施例中从Y-轴方向看到的X-轴的剖面图。在图8(a)中，由于压电元件35可以沿X-轴方向驱动弹性片38A、弹性片38B、和连接片33的中心O，膜片31和整个共振部分易于沿X-方向以θ-模式振荡。然而，在图8(b)所示情况中，由于弹性片38A、弹性片38B、和连接片33的中心O不在连接片33上，由压电元件35产生的沿X-轴方向(箭头S1)的驱动力作为围绕中心O的旋转力(箭头S2)施加，因而易于产生旋转模式，即使旋转模式受到弹性片38A本身的刚性限制也是如此。
当如上所述使用弹性片38时，还可取的是在弹性片38上结合一个加强片41，并连接到传感器基体34的侧面，如图9中质量传感器40B所示。图9(a)和图9(b)为分别从顶部和底部看到的质量传感器40B的平面图；图9(c)为在图9(b)中从Y-轴方向沿X-轴方向看到的剖面图。这里，加强片41结合在安装在连接片33上的弹性片38A上，并在垂直切割的侧面上与传感器基体34相连。可取的是，加强片41与弹性片38和传感器基体34一体形成。
由于这种结构使膜片31易于以θ-模式和φ-模式共振，所以减小了Q值的衰减，并且可以提高灵敏度。因此，这种结构特别适合于在液体中进行测量。
显然，上述弹性片可以应用于根据本发明构成的所有质量传感器，其中连接片用作一个部件，可取的是，弹性片与一体地插入在膜片和基片之间的一个中间片一体地形成，或者与一个弹性片加强件一体形成，所说弹性片加强件如下所述按照用于制造本发明质量传感器的方法已经与膜片一体形成，并且的与各个连接片一体形成。
上述质量传感器30中膜片31的片表面的形状并不限于如图5(a)、图7(a)和图9所示的矩形，而是可以如图10(a)至图10(c)所示的质量传感器30B至30D，采用各种任意形状，例如圆形、三角形、倒U形、多边形、椭圆形和卵形。膜片31可以不相对于Y-轴对称地与连接片33接合，如图10(d)中所示的质量传感器30E。这种任选形状的膜片31也可以应用于本发明的所有质量传感器。
下面，介绍质量传感器的一个实施例，在该实施例中只有一个弹性片与上述的质量传感器结合，并且如图11所示装配在传感器基体上。在质量传感器1中，显然可以任意地形成上述的弹性片、弹性片加强件、和加强片，或者改变膜片的形状。
图11为从膜片3的方向看到的质量传感器1的平面视图。质量传感器1设计为对称形状。如下所述，振荡片3由传感器基体2和基片15以及中间片17构成。形成在传感器基体2中的孔洞8在质量传感器1的封装和制造工艺中用作定位标记，如下所述，其上形成有两个共振部分26，其中一个用作基准，由一个膜片19、一个连接片20、一个传感片21、一个压电元件25、和一个弹性片18构成。通过在一个质量传感器1中形成两个或多个共振部分26，包括一个用作基准的共振部分26，可以累积各个共振部分26的信号以扩展动态范围。
当将质量传感器1浸入一种导电试样例如一种含水溶液中时，位置传感器电极4、5用于通过使电流流过试样检测质量传感器1的位置。当试样为导电物质时，这些位置传感器电极4、5通过使沿位置传感器电极4、5的水平方向形成的电路图案上方的一部分浸入试样中，和使质量传感器1的一部分的位置比所检测的没有浸入试样中的位置传感器电极4、5的位置更深，可以防止压电元件25上的第二电极24和第一电极22(在图11中没有示出)以及从这些电极引出的电极导线9、10发生短路。在每个位置传感器电极4、5的端部分别形成有一个接线端6、7；在每条电极引线9、10的端部分别形成有一个接线端11、12。这些接线端与相应传感器仪表上的探头或其它连接器相连。
但是，当压电元件25和电极引线9、10覆盖一层绝缘树脂或类似物时，由于即使将质量传感器1浸入导电试样中，这些压电元件25和电极引线9、10也不会短路，所以不需要位置传感器4、5和接线端6、7。
图12为表示从基片15方向，即从图11中振荡片3的背面方向看到的图11中所示的传感器部分13的放大平面视图。图13为表示图12中所示切开部分16附近区域的透视图。所说传感器部分13指质量传感器1的一个部分，这一部分由质量传感器1的共振部分26和共振部分26附近的传感器基体2构成。
如图12和图13所示，在基片15上形成有一个U-形的切开部分16。在与基片15重叠的中间片17上也形成有相同形状的切开部分16，在中间片17中，形成有一个几乎呈棱形的弹性片18，它从切开部分16的底侧中心向开口14的中心延伸。但是，并不总是需要这些中间片17和弹性片18，而是当需要调整质量传感器1的共振部分26的机械强度或灵敏度时用作构成质量传感器1的部件。
在振荡片3的切开部分16中形成有与所说弹性片18相连的一个连接片20，和与所说连接片20的上端相连，但是不与所说弹性片18相连的一个膜片19。此外，在振荡片3的切开部分16中，横跨连接片20的一侧和切开部分16的相对侧面形成有一个传感片21。
图14为表示从振荡片3一侧看到的图12中所示切开部分16附近区域的透视图。在传感片21的振荡片3一侧的表面上形成有一个压电元件25，该压电元件25由一个第一电极22、一个压电膜23、和一个第二电极24按照这个次序叠置而成。此外，第二电极24与电极引线9相连，第一电极22与电极引线10相连。因此，检测部分29由所说传感片21和压电元件25构成，共振部分26由所说弹性片18、膜片19、连接片20、和检测部分29构成。
虽然只在质量传感器1的传感片21的一个片表面上安装了一个压电元件25，但是可以在传感片21的两个片表面上都安装压电元件25。在这种情况下，由于检测部分29的结构变为对称结构，可以均衡传感片21的刚度。
在质量传感器1中，虽然如图13所示在传感片21和振荡片3的切开部分16的下边缘上形成有一条切口27，但是可取的是采用这样一种结构，其中所说传感片21与振荡片3中的切开部分16的下边缘接合，而不形成切口27，就是说，传感片21如在图15中所示的质量传感器42一样，固定和接合在由连接片20和传感器基体2形成的凹陷区域中，以限制由连接片21和/或弹性片18构成的弹性部分的弯曲，和增大施加到所说压电元件25上的应力。
在上述的质量传感器1中，虽然利用形成在传感器基体2中的空间部分14安装了一个传感器部分13，但是传感器部分13也可以安装在传感器基体2上，例如如图11所示安装在上边缘上。然而，由于片状膜片19通常安装在从切开部分16突出的位置上，从图11至图14所示的传感器部分13的结构中可以清楚地看到，为了保护共振部分26不受外部冲击的作用，可取的是采用这样一种结构，其中传感器部分13如图11所示安装在传感器基体2的内侧，以使在处理质量传感器1时膜片19不被损坏。这种结构的可取之处还在于使质量传感器1的制造工艺简便，如下所述。
下面详细介绍可以替代上述质量传感器1中传感器部分13的质量传感器的各个实施例。图16(a)为表示一个质量传感器43A的一个平面视图，它是本发明的另一个实施例。质量传感器43A具有这样的结构，其中一个连接片20和一个膜片19在其相应侧面接合，两个传感片21A、21B与所说连接片20相连，以便沿与膜片19和连接片20接合方向垂直的方向将连接片20夹在中间，相应的传感片21A、21B还以与图15所示质量传感器42中的传感片21同样的方式与传感器基体2相连，并由三个侧面支承和固定。这种三侧面支承的目的是提高灵敏度。但是，传感片20并不必须与由连接片20和传感器基体2形成的凹陷部分的下边缘接合。
将分别由一个第一电极、一个压电膜、和一个第二电极构成的各个压电元件安装在至少一个传感片的至少一个片表面的至少一部分上。在图16所示的实施例中，压电元件25A至25D安装在传感片21A、21B的两个片表面上，共振部分由一个膜片19、一个连接片20、传感片21A、21B、和压电元件25A至25D构成。但是，并不是必须需要所有的压电元件25A至25D，而是可以在传感片21A或21B的任意位置安装任意数量的压电元件。
当在这种质量传感器43A中使用多个压电元件25A至25D时，由于可以使传感片21A和21B的刚性均衡，此外，通过累积或处理来自各个压电元件25A至25D的信号，能够增大θ-模式和φ-模式中的Q值和减小旋转模式中的Q值，所以能够更加准确地测量共振频率。此外，当安装压电元件25A至25D中至少两个时，如果其中一个用于驱动，另一个用于检测，则可以提高灵敏度。为了提高灵敏度，可取的是按照与在质量传感器30中将压电元件35拆分成压电元件35A和35B相同的方式将这些压电元件25A至25D拆分。
为了增大输出电荷，还可取的是采用这样一种结构，其中，例如，将压电元件25A和25C沿传感片21A和21B的相同取向分别安装在片表面上，在这些压电元件25A和25C中的压电膜的偏振方向是彼此相反的。在传感片21A和21B的相应片表面上采用这种结构也是可取的。此外，为了提高灵敏度，可取的是采用这样一种结构，其中压电元件25A至25D中至少一个，例如压电元件25C和25D的至少一个方向如图16(b)中所示的质量传感器43B一样是三侧面支承的一个侧面或两个侧面。但是，即使在这种情况下，当使用连接片20和弹性片时，仍然要求压电元件25A至25D不与弹性片重叠。
当在质量传感器43A、43B上结合弹性片时，可以象在质量传感器40B中一样使用弹性片加强件或加强片。例如，形成一个加强片使之与一个弹性片结合，并且加强片的侧面与三个侧面接合，亦即，传感器基体2上与传感片21A、21B接合的侧面(切开部分16的横向侧面)，和传感器基体2上与连接片20接合的侧面(切开部分16的底侧面)。这对于提高灵敏度是可取的，因为可以增大θ-模式的Q值，可以提高压电元件的挠曲模式(在传感器基体和连接片之间的弯曲模式)的共振频率，并且可以增大θ-模式中的频率。
图16(c)所示的质量传感器43C为一个实施例，其中在质量传感器43A的连接片20的长度方向的中心形成有一个切口48。切口48是中空的，其功能是使膜片19易于以θ-模式和φ-模式振荡，和易于识别共振频率。此外，如下所述，所说切口48具有减轻连接片20质量和提高灵敏度的功能。当使用弹性片时，可以使弹性片具有这样一种中空形状，并与连接片一体形成。
当如图16(a)所示将两个传感片安装在一个共振部分上时，通过改变传感片21A和21B的长度N1、N2和宽度M1、M2扩大传感片21A和21B中任意一个的面积可以增大膜片19的驱动力，通过使另一传感片的面积缩小可以增大θ-模式和φ-模式的Q值，如图17(a)所示。图17(b)是从Y-轴方向看去沿图17(a)中X-轴方向的剖面视图。通过改变传感片21A、21B的宽度M1和M2，例如使用压电元件25A、25B之一驱动，而使用另一个检测，将由压电元件25A、25B和传感片21A、21B所确定的传感片21A、21B的弯曲位移振荡的自然频率(图17(b)中箭头G)分别改变为f1和f2，可以增大θ-模式和φ-模式的Q值或提高灵敏度。此外，可以使用具有较小自然频率f1和f2的压电元件进行驱动，而使用另一个进行故障诊断。
当如图16或17所示在一个共振部分中使用两个传感片时，还可取的是采用这样一种结构，其中在一个传感片，例如传感片21B上安装压电元件25C、25D中至少一个，在另一个传感片21A上沿垂直于传感片21A与连接片20接合方向的方向形成有一个切口28，如图18所示。利用这种结构，可以限制旋转模式的振荡，能够增大θ-模式和φ-模式的Q值，并且能够增大共振点的偏差以增大共振频率偏差的绝对值。虽然切口28的数量可以是1，但是可取的是有多条切口以增强上述的效果。
图19(a)为表示一个实施例，即质量传感器43D的平面视图，其中在传感器基体2中形成的空间14中构成如图16(a)所示的质量传感器43A；图19(b)表示沿图19(a)中剖面线A-A的剖面视图。在质量传感器43D中，安装有两个压电元件25A、25C，电极引线9、10分别与压电元件25A、25C相连。一层绝缘覆层65覆盖着压电元件25A、25C和电极引线9、10。即使当质量传感器43D的共振部分浸入导电试样中，该绝缘覆层65也能够防止压电元件25A、25C和电极引线9、10短路。
质量传感器43D还包括由导电材料构成的屏蔽层66，以便覆盖所说绝缘覆层65。屏蔽层66形成在传感器基体2的两个表面上，并通过一个通孔67彼此相连。当检测0.1毫微克量级的极微小质量时，可取的是还屏蔽传感器基体2上的接线部件(压电元件25A、25C和电极引线9、10)，以及传感器基体2与仪表的连线，以屏蔽质量传感器不受外部电磁波的影响和使确定共振频率的误差最小。
除了形成屏蔽层66以将传感器基体2如图19(b)所示夹在其间之外，还可以采用如图19(c)所示屏蔽层仅仅包围传感器基体2上接线部件的实施例，和如图19(d)所示屏蔽层仅仅覆盖接线部件上侧的实施例。如图19(b)和(c)所示将整个接线部件屏蔽起来的实施例是特别可取的。在图19(a)的实施例中，虽然形成在传感器基体2两个表面的屏蔽层66通过通孔67彼此电连接，但是这些层之间也可以借助于传感器基体2的侧面电连接。下文中将与对制造质量传感器的材料的介绍一起描述适合用于形成绝缘覆层65和屏蔽层66的材料的详细内容。
图20为表示本发明的质量传感器的另一个实施例的平面图。在图20(a)所示的质量传感器44A中，连接片20不直接与传感片21相连，但是连接片20和传感片21在相应的侧面与一个膜片9相连，使得与膜片19连接的方向彼此平行，膜片19不与传感器基体2相连，但是连接片20和传感片21与传感器基体2的侧面相连。就是说，传感片21还具有连接片20的功能。
在传感片21的至少一个片表面的至少一个部分上安装有一个压电元件25，共振部分由膜片19、连接片20、传感片21、和压电元件25构成。然而，在图20(b)所示的质量传感器44B中，在连接片20的两个侧面上形成有两个传感片21A、21B，在传感片21A、21B上分别安装有压电元件25A、25B。
这种质量传感器44适合用于测量θ-模式，因为膜片19的振荡易于在膜片19所在平面产生，而膜片19旋转模式的振荡受到限制。由于膜片19的振荡通过传感片直接传递到压电元件25，所以有效地提高了质量传感器的灵敏度。
图21(a)至(c)为表示本发明质量传感器的再一个实施例的平面视图。首先，在图21(a)所示的质量传感器45A中，膜片72在对应的侧面与两个连接片74A、74B相连，使得连接片74A、74B将膜片72夹在其间，连接片74A、74B在对应侧面横跨传感器基体70的凹陷部分76的侧壁。这里，凹陷部分76具有与在质量传感器1中形成的切开部分16相同的功能，所以，可以形成在传感器基体70的侧面或类似于图11所示传感器基体2周边或传感器基体2的空间14的其它部分。
在连接片74A、74B与凹陷部分76的底部之间沿连接片74A、74B夹持膜片72的方向，即沿垂直于Y-轴方向的方向形成有传感片73A、73B。此外，压电元件75A、75B分别安装在传感片73A、73B的至少一个片表面上。因此，共振部分由膜片72、连接片74A、74B、传感片73A、73B、和压电元件75A、75B构成。
质量传感器45A的结构可以概括为具有至少一个压电元件的一种质量传感器，其中膜片72在其两侧被两个连接片夹持并与之相连，连接片74A、74B横跨形成在传感器基体70中的开口或间隙的侧壁之间，在连接片74A、74B和所说开口或间隙之间沿垂直于相应的连接片74A、74B夹持膜片72的方向形成有至少一组传感片73A、73B。
在这样一种质量传感器45A中，利用安装在传感片73A、73B上的压电元件75A、75B可以测量共振部分在至少某些振荡模式下的共振频率，所说振荡模式包括：θ-模式摆动振荡，其中膜片72在相应连接片74A、74B与传感器基体70相连的固定表面上，以膜片72垂直穿过固定表面的垂直轴，即Y-轴为中心，沿垂直于膜片72侧面和垂直于Y-轴的方向，即X-轴方向作摆锤状振荡；φ-模式摆动振荡，其中膜片72以Y-轴为中心沿X-轴方向作摆锤状振荡，伴随着沿平行于膜片72侧面方向，即Z-方向(未示出)的摆动；摆动振荡，其中膜片72以Y-轴为中心沿X-轴方向作振荡；或者膜片72沿片表面的旋转振荡。
下面所述的质量传感器46A至46F还可以概括为与质量传感器45A至45C类似的结构，使用质量传感器46A至46F进行质量测量的方法与使用质量传感器45A至45C的方法相同。但是，在质量传感器46A至46F中，传感片的数量增加到4，并且在这些实施例中，添加了这样的结构，其中在膜片72与开口或间隙侧面之间沿垂直于相应连接片74A、74B夹持膜片72的方向的方向跨接至少一组传感片73A至73D。
所以，由于膜片72和传感片73A、73B沿图21中箭头K方向，即以Y-轴为振荡中心，和沿平行于膜片72并且垂直于Y-轴，即X-轴方向的片表面方向振荡，所说膜片72沿箭头K的方向以刚体模式如同膜片72的θ-模式一样稳定地振荡。还有一个优点就是可以限制膜片72的挠曲模式。膜片72的形状并不局限于如图21(a)至(c)所示的矩形，但是也可以采用图10所示的任意形状，并且如在图21(b)中所示的质量传感器45B一样，膜片72可以在任意位置与各个连接片74A、74B连接。此外，与图21(c)所示的质量传感器45C一样，各个传感片73A、73B可以由相应的连接片74A、74B和传感器基体70按照与图15所示质量传感器42中传感片21相同方式在三个侧面支承和固定。在质量传感器45B中，安装有与质量传感器1的位置传感器4、5相似的一个位置传感器77。
在图22(a)至(f)中以平面图形式表示的本发明的另外的实施例，质量传感器46A至46F中，一个膜片72在其两侧由两个连接片74A、74B夹持和连接，相应的连接片74A、74B跨接在传感器基体70的开口71的侧壁之间，在相应的连接片74A、74B与开口71的侧壁之间，或者在膜片72与开口71的侧壁之间沿垂直于连接片74A、74B夹持膜片72的方向垂直的方向形成有至少一组传感片，在这里为传感片73A至73D。
此外，在传感片73A至73D中至少一个传感片的至少一个片表面上安装有压电元件75A至75D，因此，共振部分由一个膜片72、连接片74A、74B、传感片73A至73D、和压电元件75A至75D构成。
当观看图22(a)至(f)所示的质量传感器46A至46F时，在图22(a)所示的质量传感器46A中，与图2 1所示的质量传感器45A至45C的结构相比较，膜片72围绕Y-轴的旋转受到传感片73A、73B的限制。可取的是如在图17所示的实施例一样，在传感片73A、73B上形成切口28，因为膜片72易于沿箭头K所指方向振荡。
在图22(b)所示的质量传感器46B中，压电元件75A至75D安装在图22(a)中所示的传感片73A至73D相同取向的全部传感片的表面上。由此，增大膜片72沿K方向的振幅，这种质量传感器可以适用于在高粘滞度物质以及低粘滞度物质中的测量。这时，压电元件75A和75C，以及75B和75D的压电膜的偏振方向应当彼此相反。此外，压电元件75A至75D可以安装在传感片73A至73D的两侧。
图22(c)表示一个质量传感器46C，其中在图22(a)和(b)所示实施例中朝向传感器基体70的传感片73A至73D的一个侧面与传感器基体70相连。借助于这样一种结构，利用在图15中所示质量传感器42的结构获得的效果可以添加到在图22(a)和(b)中所示实施例的效果中。
在图22(d)所示的质量传感器46D中，压电元件75B、75C相对于X-轴与Y-轴交叉点，即膜片72的中心成点对称的传感片73B、73C上。由于使用刚体模式检测共振频率，在刚体模式中沿围绕X-轴方向和Y-轴方向交叉点的η方向(图22(d)中箭头方向)的振荡占优势，所以传感片73A、73D不是必需的。在形成传感片73A、73D时，可以在传感片73A、73D上形成切口或压电元件75A、75D。在这种情况下，在各组压电元件75A和75D、以及75B和75C中的相应压电膜的偏振方向是相同的。
在图22(e)所示的质量传感器46E中，传感片73A至73D与膜片72相连，压电元件75A至75D的位置与在图22(b)所示情况中相同。膜片72沿箭头K方向的振荡也可以利用这种结构检测。此外，图22(f)所示的质量传感器46F具有通过增大连接片74A、74B中任意一个的宽度，而减小另一个的宽度易于以θ-模式和φ-模式振荡的结构。
因此，虽然在本发明的质量传感器中可以选择各种形状，但是用于制造这些质量传感器的材料相对于各种质量传感器并没有变化。因此，将利用上述的质量传感器1描述构成本发明的质量传感器的部件及其它们的形状。首先，可取的是，传感器基体2、膜片19、连接片20、传感片21、和弹性片18由陶瓷，例如稳定或部分稳定的氧化锆、氧化铝、氧化镁、或氮化硅制成。在这些材料中，稳定或部分稳定的氧化锆是最为适用的，因为它们即使在薄片状态下也具有较高的机械强度、高韧性和与压电膜或电极材料的低反应性。
当使用上述的稳定或部分稳定的氧化锆作为传感器基体2的材料时，可取的是至少在传感片中增加添加剂例如氧化铝和氧化钛。
虽然振荡片3、中间片17、和传感器基体2中的基片15、以及膜片19、连接片20、弹性片18、和传感片21并不必须由相同材料制成，而是可以根据设计的不同结合采用各种陶瓷材料，但是从这些部件连接处的可靠性和制造工艺的简化观点来看，可取的是这些部件使用相同材料一体制成。
然而，当在连接片20的两个片表面上都形成弹性片18时，形成在安装压电元件25的表面上的弹性片可以具有与压电元件25相同的结构。对于制造工艺来说这是可取的，因为可以与压电元件25一起同时形成弹性片。但是，对于用所形成的压电元件作为弹性片的情况，所说电极不用作电极。
虽然质量传感器1的主要目的是检测0.1毫微克量级的质量，可取的是膜片19的厚度为3至20微米，更可取的是大约5至15微米，基片15的厚度根据便于操作的原则适当地确定。
当形成一个弹性片18时，在其接合与连接片20一侧或两侧的任何一种情况下，其厚度可取的是10至220微米，其宽度可取的是100至500微米，弹性片18高宽比(宽度/厚度)可取的是在0.4至50的范围内。当考虑到在液体中使用质量传感器1产生的振幅衰减时，厚度可取的是10至70微米，宽度可取的是100至500微米，高宽比可取的是1.4至50。更可取的是，厚度为10至70微米，宽度为100至300微米，高宽比为1.4至30。当需要一个弹性片加强件时，弹性片加强件的厚度可取的是与和该弹性片加强件接合的弹性片厚度相同。
因此，连接片20可以用作一个弹性片，而无需形成弹性片18。在这种情况下，不形成中间片17，但是可取的是将基片15的厚度增加中间片17的厚度以保持传感器基体2的机械强度。
对于压电元件25中的压电膜23，虽然适合使用膜状压电陶瓷，但是也可以使用电致伸缩陶瓷或铁电陶瓷。这些材料可以是需要极化或不需要极化的。
可以用于压电膜23的陶瓷包括，例如，锆酸铅、钛酸铅、铌酸铅镁、铌酸铅镍、铌酸铅锌、铌酸铅锰、锡酸铅锑、钨酸铅锰、铌酸铅钴、和钛酸钡。这些材料可以单独使用，或者是包含其中某些组合的陶瓷材料。在本发明中，可取的是使用包含主要由锆酸铅、钛酸铅、和铌酸铅镁作为主要成分构成的一种材料，因为这种材料不仅具有较高的电机械耦合系数，而且在烧结压电膜时与传感器基体部件具有较小的反应性，可以稳定地形成所需成分。
此外，只包含镧、钙、锶、钼、钨、钡、铌、锌、镍、锰、铈、镉、铬、钴、锑、铁、钇、钽、锂、铋、和锡的氧化物或者这些氧化物之组合的陶瓷，或者其中添加了这些元素的其它化合物的陶瓷也可以用作上述压电陶瓷。例如，包含锆酸铅、钛酸铅、和铌酸铅镁作为主要成分的一种陶瓷材料，可取的是其中还添加有镧和锶，和其中还添加有锰的这样一种材料是优选的，因为其机械品质系数较大，并且不仅从传感器的结构，而且从制造材料方面都能够增大Q值。
另一方面，可取的是所说压电元件25中的所说第一电极22和第二电极24由在室温下为固体和导电的材料制成。例如，可以使用铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钼、钌、钯、铹、银、锡、钽、钨、铱、铂、金或铅等金属本身，或者由这些元素构成的合金。此外，还可以使用其中弥散有用于压电膜23或传感片21的相同材料的一种陶瓷材料。
对于实际的第一电极22和第二电极24的材料的选择是根据形成压电膜23的方法确定的。例如，当所说第一电极22形成在所说传感片21上时，则通过烧结将压电膜23形成在第一电极22上，所说第一电极22必须是用高熔点金属，例如铂制成的，这种金属不受烧结压电膜23时的温度影响。但是，由于第二电极是在形成压电膜23之后形成在压电膜23上的，所以可以在较低温度下形成，并使用低熔点金属，例如铝制成。
虽然压电元件25可以通过烧结一体形成，但是，在这种情况下，第一电极22和第二电极24都必须用能够耐得烧结压电膜23的温度的高熔点金属制成。另一方面，如果第一电极59和第二电极60是在形成压电膜58之后形成在压电膜58上，则如图3所示的压电元件62A一样，两个电极都可以用同样的低熔点金属制成，但是如果压电元件62A是同时烧结而成时，则第一电极22和第二电极24都必须用高熔点金属制成。因此，可以根据形成压电膜23的温度，如用压电膜23的烧结温度表示，和压电元件25的结构选择制造第一电极22和第二电极24的材料。形成电极引线9、10的材料和方法与形成压电元件25的第一电极22和第二电极24的相同。
由于当压电膜23的面积扩大时产生一个问题，即虽然由于输出电荷的增加提高了灵敏度，但是传感器的尺寸也增大了，所以应当将压电膜23的面积设计成适当的大小。而且，由于当减小压电膜23的厚度时产生一个问题，即虽然提高了灵敏度，但是降低了压电膜23的刚性，传感片21和压电膜23的总厚度可取的是15至50微米。
当如在图19所示的质量传感器43D中一样，在压电元件25和电极引线9、10上形成一个绝缘覆层65时，可以使用绝缘玻璃或树脂作为覆层材料。为了增强质量传感器1的性能，更可取的是使用一种树脂而不是玻璃作为绝缘覆层的材料，可取的是使用化学稳定的含氟树脂，例如可取的是使用基于四氟乙烯的特氟隆(DuPont公司的特氟隆PTFE)、基于四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的特氟隆(特氟隆FEP)、基于四氟乙烯-全氟烃基乙烯醚共聚物特氟隆(特氟隆PFA)和PTFE/PFA合成特氟隆。虽然耐腐蚀和耐风化特性低于这些含氟树脂，但是硅树脂(特别是热固硅树脂)也是可以适用的，还可以根据具体应用适用环氧树脂或丙烯酸树脂。使用与制作压电元件25及其附近部件，和电极引线9、10及其附近部件不同的材料形成绝缘覆层65还是可取的。此外，在绝缘树脂中加入无机或有机填料以调整共振部分的刚性也是可取的。
当形成绝缘覆层65时，形成在所说绝缘覆层65上的屏蔽层66的制作材料可取的是采用诸如金、银、铜、镍、和铝等金属；但是，也可以使用用于压电元件25第一电极22中的任何金属化材料或者上述的类似材料。还可以使用包含混合在一种树脂中的金属粉末的一种导电软膏。
下面，介绍使用本发明的一种质量传感器的方法，其中所说质量传感器用作一种免疫传感器。两个传感器部分13之一用作检测传感器部分13D。在检测传感器部分13D的膜片上施加有一种捕获物质，它仅仅与所检测的物质例如致病病毒发生反应并捕获它。例如，可以使用作为被检测物质的一种抗体原与作为捕获物质的一种抗体的组合。这种组合的实例包括人血清清蛋白/抗人血清清蛋白抗体和人免疫球蛋白/抗人免疫球蛋白抗体。因而，另一个传感器部分13用作一个基准传感器部分13R，在其上没有施加捕获物质。
两个传感器部分13D和13R都浸入或放置在相同的试样上。在许多情况下，由于试样是流体，例如液体或气体，所以可以通过比较来自传感器部分13D和13R的信号来检测试样，而不会受到试样物理性质例如流体类型、流动和温度，或测试环境的影响。
当将这种质量传感器1浸入例如一种导电液体试样中时，如果将质量传感器1浸入到试样中使位置传感器4、5发生短路的位置时，传感器部分13D和13R的膜片19就会被浸入试样中，但是检测部分29没有被试样短路。但是，如果压电元件25和电极引线9、10都用绝缘玻璃或树脂覆盖，则可以将质量传感器1上除接线端11、12或其它连接器以外的其它区域浸入试样中。
因此，当试样中被检测物质与捕获物质发生反应并被其捕获时，检测传感器部分13D中的膜片19的质量增加，共振部分26的共振频率随着膜片19质量的增加而变化。所以，相反，通过观测共振部分26的共振频率的变化，可以确定被检测物质是否已经被捕获在膜片19上，就是说，在试样中是否存在被检测物质，并且可以测量质量的增加。
按照使用两个传感器部分13，即一个检测传感器部分13D和一个基准传感器部分13R的方法中，如果用特氟隆覆盖基准传感器部分13R中的共振部分，即膜片、连接片、传感片、压电元件、和弹性片，可以防止被检测物质粘结到基准传感器部分13R上，能够进行更加准确的测量。如果检测传感器部分13D除膜片19以外也同样用特氟隆覆盖，则可以只在膜片19上捕获被检测物质，并提高灵敏度。此外，用特氟隆覆盖除膜片19以外的整个传感器基体以便将昂贵的捕获物质例如抗体仅仅施加到所需位置在经济上是可取的。
当将质量传感器1浸入一种试样，例如一种液体中时，或者将一个膜片19浸渍在一种捕获物质中以将捕获物质施加到膜片19上时，采用这样的结构，其中两个传感器部分13沿图11所示传感器基体2的横向(水平方向)排列，使得两个传感器部分13同时浸入试样中。
但是，如果两个传感器部分13沿传感器基体2的垂直方向(上下方向)排列，就是说，排列在这样的位置上，所说检测传感器部分13D首先浸入液体中，而基准传感器部分13R不浸入液体中，这种方法易于实现，其中仅有检测传感器部分13D的面积浸入捕获物质中以便施加，而基准传感器部分13R用作诸如一个温度补偿传感器，而不覆盖特氟隆，并且不浸入捕获物质中，就是说不施加捕获物质。
但是，即使在使用质量传感器1时，其中捕获物质仅仅施加在检测传感器部分13D上，在实际的质量测量过程中，检测传感器部分13D和基准传感器部分13R也必须放置在相同的环境中。而且，当将整个质量传感器1浸入一种导电液体中时，传感器部分13R、13D中的压电元件25和电极引线9、10显然必须覆盖绝缘层。
在传感器部分13D和13R的膜片上施加相同的捕获物质以通过将来自传感器部分13D和13R的信号相加扩展动态范围也是可能的。此外，不使用基准传感器部分13R作为基准，而在基准传感器部分13R上施加与在检测传感器部分13D上施加的捕获物质不同的一种捕获物质也是可能的。
在使用这些方法测量质量传感器1中共振频率的变化时，如上所述，可取的是测量θ-模式和φ-模式的共振频率。例如，如图14所示，当膜片19围绕弹性片18和连接片20在膜片19的片表面中产生θ-模式摆动振荡时，膜片移动传递到传感片21以引起传感片21的弯曲振荡和压电元件25中平面压电膜23在传感片21表面上的拉伸振荡，并且根据压电膜23的机电耦合系数k31(压电因子de1)产生一个恒定电压。当压电元件25具有梳状电极结构时，根据k33(d33)产生一个恒定电压。当使用φ-模式时这是相同的。
相反，当在压电膜23经第二电极24和第二电极22施加交变电流时，由于d33或d31作用在压电膜23中产生拉伸振荡，同时引起传感片21产生弯曲振荡，并且膜片19的振荡角度θ相应于膜片19的质量变化，并且在某一频率下产生共振振荡。所以，观测共振频率的变化就等于观测膜片19质量的变化，并且可以确定在膜片19上是否捕获了被检测物质。通过在传感片21的两个片表面上安装两个压电元件25，并比较所得的信号，能够降低噪声，消除其它振荡模式的影响，和提高灵敏度。
这里，为了进一步提高质量传感器1的灵敏度，必须提高共振部分26的共振频率变化。为此，可以使用控制膜片19与弹性片18的质量比的方法。当使弹性片18变薄以减小质量时，其与膜片19的质量比(膜片19的质量/弹性片18的质量)就增大，提高了灵敏度。
但是，由于弹性片18的厚度和质量的减小使得弹性片18的刚性降低，考虑到膜片19的厚度和面积，在弹性片18和连接片20的刚性安全的范围内，所说质量比(膜片19的质量/(弹性片18的质量+连接片20的质量))可取的是0.1或者更大，但是可取的是在考虑膜片19的面积的同时确定适合的比值。然而，这些质量比最好是在上述的弹性片18的厚度、宽度和高宽比条件得到满足的范围内确定。图16(c)所示的质量传感器43C是这样的一个示例。
作为提高灵敏度的另一种方式，可以使用减小膜片19的厚度以增大与被检测物质的质量比(被检测物质质量/膜片19的质量)，亦即膜片19的质量变化比例的方法。此外，当膜片19的厚度减小时，如果膜片19的表面积增大而没有减小质量，则可以增大施加捕获物质的面积，可以捕获更多的被检测物质，从而提高灵敏度。
下面，将介绍质量传感器1的其它应用。首先，当施加到膜片19上的捕获物质是一种湿气吸收材料时，质量传感器1可以用作湿度计。当施加到膜片19上的捕获物质为吸收特定气体成分，或有机或无机物质的吸收材料时，质量传感器1可以用作一个气体传感器，气味传感器或味道传感器。此外，如果控制膜片19的温度以使湿气冷凝，则质量传感器1可以用作一种露点计，当膜片19质量增大时可以测量露点温度。
质量传感器1还可以用作一种薄膜厚度计。可以测量的薄膜包括溅射膜或在真空中形成的CVD膜、在气体中形成的LB膜、或在液体中形成的电镀膜。当形成这些膜时，如果将质量传感器1的膜片19或共振部分26放置在相同的膜形成环境中，在膜片19或共振部分26上形成一层膜引起质量的变化，和共振频率的变化，从而可以测量所形成膜的厚度或生长速度。
虽然已知一种石英蒸气沉积膜厚度计可以在膜厚度变化时与图27所示类似沿平移方向检测石英振荡器80共振频率的变化，但是它存在受温度变化、杂质碰撞产生的噪声、和真空压力变化等影响的问题，因为振荡器本身也用于蒸气沉积环境中。
因而，如果质量传感器1在θ-模式用作一种蒸气沉积膜厚度计，则由于刚体模式的缘故检测部分29不受温度变化的影响，由于膜片19只有3至20微米薄，和检测部分29、弹性片18、和连接片20易于保持在恒定环境中的结构，所以杂质碰撞几率很低，故而与使用石英振荡器80的情况相比能够提高测量精度。
此外，质量传感器1可以用作一种粘度计，以当将膜片19浸入液体中时，在液体中产生横波的切变波，并接收粘滞波进入部分的质量负荷。
虽然也可以使用石英粘度计来检测石英振荡器80沿平移方向的共振频率变化，但是它存在受液体中温度变化、杂质碰撞产生的噪声等影响的问题，因为石英振荡器80本身也浸入液体中。
另一方面，当质量传感器1以θ-模式用作一个粘度计时，由于检测部分29、弹性片18、和连接片20不需要浸入液体中，所以检测部分29因为采用刚体模式能够不受温度变化的影响，并且膜片19薄至3至20微米，杂质碰撞的几率很低，从而提高了灵敏度。
此外，石英振荡器由于其电阻随气体分子的摩擦和气体在真空中的粘滞摩擦而变化，所以用作摩擦真空计。但是，因为这种类型的真空计用于测量由于质量负荷对于石英振荡器的影响造成的频率的变化，利用基本相同测量原理的本发明的质量传感器1也可以用作一个真空计。
虽然使用石英振荡器的摩擦真空计在调谐叉形振荡器90如图28所示沿X-轴方向振荡时检测电阻的变化，但是它难以减小振荡器90的厚度d1，所以难以提高灵敏度。然而，在质量传感器1中，膜片19的厚度可以减小到3至20微米，并且可以使用θ-模式，可以提高灵敏度。
此外，通过使用膜片19的弯曲模式，就是说，通过检测在弯曲模式下随共振频率的变化而产生的杨氏模量的变化，可以将质量传感器1用作一个温度传感器。
虽然质量传感器1可以用作各种传感器，但是测量的基本原理是测量共振部分26的共振频率随膜片19的质量负荷的变化。所以，能够容易地在一个质量传感器1上形成具有不同功能的多个传感器部分13。例如，可以在质量传感器1的功能中增加温度传感器、真空计、或粘滞度传感器的功能，就是说，可以比较容易地在质量传感器1中结合用于参考温度、真空度、粘滞度补偿的一个传感器。在这种情况下，由于不需要使用多个具有不同用途不同形状的传感器，所以从将传感器安装于测量地点和它们的处理，以及测量仪器的成本方面考虑也是有利的。
下面，将以质量传感器1为例介绍制造本发明的质量传感器的一种方法。陶瓷，例如氧化锆作为传感器基体的制造材料是适用的。在陶瓷粉末中混入粘结剂、溶剂、分散剂、和其它添加剂制成一种稀浆物质，在从稀浆中去除泡沫之后，采用诸如反向滚动涂料器方法和刮刀方法形成具有所需厚度的振荡片、中间片和基片的毛坯片或毛坯带。
接着，使用一个模具或激光器将这些毛坯片冲压成所需形状，例如，如图23所示，具有一个开口14和一个弹性片18的一个中间片17的形状，和具有一个开口14的一个基片15的形状，将用于振荡片、中间片17、和基片15中每一个的至少一个毛坯片按照这个次序叠置，烧结和结合在一起以形成传感器基体。在叠置这些毛坯片时，在每个毛坯片上形成孔8以便在叠置时定位。为了便于理解图11所示的质量传感器1的传感器部分13的形成过程，简化了图23所示毛坯片的形状。
虽然在振荡片3的未加工状态也可以形成一个开口14或一个膜片19，但是由于振荡片只有20微米或更薄，可取的是在形成传感器基体2和利用下述的激光处理安装压电元件25之后形成预定形状的开口14或膜片19，以便在烧结形成在振荡片3中的膜片19、连接片20、和传感片21之后保证平整度和尺寸的精确度。
用于在振荡片3上形成传感片21的区域安装包括一个第一电极22、一个压电膜23、和一个第二电极24的压电元件25的方法包括这样一种方法，其中通过使用一个模具的冲压成型或使用一种稀浆材料的卷带成型来形成压电膜23，在烧结之前在振荡片3形成传感片21的区域上对压电膜23进行热压，将它们同时烧结以同时形成传感器基体2和压电膜23。但是，在这种情况下，必须利用下述的成膜方法预先在传感器基体2或压电膜23上形成电极22、24。
虽然烧结压电膜23的温度是根据构成材料确定的，但是它通常为800℃至1400℃，可取的是1000℃至1400℃。在这种情况下，为了控制压电膜23的成分，在有制成压电膜23的材料的蒸发源时进行烧结是可取的。当烧结压电膜23和烧结传感器基体2同时进行时，两种烧结条件必须彼此匹配。
另一方面，如果使用了成膜方法，则可以利用各种厚膜形成方法，例如丝网印刷、浸渍、和涂覆方法；或者各种薄膜形成方法，例如离子束方法、溅射、真空沉积、离子镀覆、化学蒸气沉积(CVD)、或电镀方法将压电元件25安装在经过烧结的传感器基体2上形成传感片21的区域。在这些方法中，为了形成本发明的压电膜23，可取的是采用厚膜形成方法，例如丝网印刷、浸渍、和涂覆方法。这是因为压电膜23可以使用主要由平均颗粒直径为0.01至5微米，可取的是0.05至3微米的压电陶瓷颗粒构成的膏状物或浆状物形成，并且获得良好的压电特性。
例如，在已经在预定条件下烧结传感器基体2之后，在振荡片3的预定表面区域印刷和烧结第一电极22，然后印刷和烧结压电膜23，之后再印刷和烧结第二电极24以形成压电元件25。然后，印刷和烧结电极引线9、10以将电极22、24与测量装置相连。这里，例如，如果使用铂(Pt)制作第一电极22，使用钛锆酸铅(lead zirconatetitanate)(PZT)制作压电膜23，使用金(Au)制作第二电极24，使用银(Ag)制作电极引线9、10，则可以在烧结过程中逐步降低烧结温度。所以，前面已经烧结过的材料在某一烧结步骤中不会再次被烧结，从而可以避免在制作电极或类似物的材料中产生诸如剥落或聚集的麻烦。
通过选择适合的材料，可以一个挨一个地印刷压电元件25和电极9、10的相应部分，并同时一体烧结，或者在形成压电膜23之后，可以在低温下形成相应电极或类似物。而且可以采用薄膜形成方法，例如溅射或蒸气沉积方法形成压电元件25和电极9、10的相应部分。在这种情况下，不一定需要热处理。
因此，利用成膜方法形成压电元件25是特别可取的，因为可以不使用粘结剂就将压电元件25和传感片21结合和安装为一体，这种质量传感器的可靠性和再现性都很好，并且容易成一整体。这里，压电膜23可以形成适合的图案，形成图案的方法包括，例如丝网印刷、光刻、激光处理、或机械处理例如切片和超声波处理。
接着，在如此形成的传感器基体的预定区域上形成一个膜片19。这里，通过使用YAG激光器的四次谐波进行的处理将振荡片3上不必要的部分去掉。因此，可以形成例如一个开口14，使保留的部件与传感器基体2连接为一体，例如膜片19和传感片21如图11或12所示，这时，通过调节膜片19或类似物的形状，可以将共振频率调整为预定值，并且可以确定被检测物质的质量范围。
这里，如图24所示，如果切掉膜片19的一部分，使得膜片19的长度从L0减小到L1，则可以提高共振点，另一方面，如果弹性片18和连接片20的宽度从t0变窄为t1，则可以降低共振点。所以，通过结合这些值，就能够调节共振点。此外，通过使膜片19的宽度从W0变窄为W1，可以限制旋转模式，提高θ-模式的Q值，并且即使当粘结物质的质量相同时，也能够减小共振频率随粘结位置的变化的偏差。
此外，如图25所示，一旦形成由作为上部电极的一个第一电极22、作为下部电极的一个第二电极24、和形成在其间的一个压电膜23构成的一个压电元件25之后，就可以利用YAG激光器的四次谐波去掉上部电极，或者经过机加工以调整压电元件的有效电极面积和调节灵敏度。当压电元件25的结构为图3或图4所示的梳状结构时，可以去掉一个或两个电极的一部分。
在处理这样一个共振部分的过程中，除上述YAG激光器四次谐波方法以外，还可以采用适合于共振部分大小和形状的各种处理方法，例如使用YAG激光器的激光处理、YAG激光器的二次或三次谐波、激态激光器、或CO2激光器；电子束处理；切割(机加工)。
除了使用上述的毛坯片方法以外，还可以利用模具进行模压、粉浆浇铸、或注模等方式生产传感器基体2。在这些情况下，也可以在烧结前后进行机加工，例如切割、打磨、激光处理、冲压、和超声波处理，并且获得预定形状的质量传感器1。
当在如此制成的质量传感器1中的压电元件25和电极引线9、10上形成一层绝缘覆层65时，如图19所示的质量传感器43D，可以通过丝网印刷、涂覆、或喷涂方式使用玻璃或树脂形成绝缘覆层。当使用玻璃材料时，必须将质量传感器1本身加热到玻璃的软化点，并且因为玻璃具有高硬度，所以可以抑制振荡。但是，由于树脂是软的，所以只需要象干燥这样的处理，因此可取的是使用树脂。虽然已经介绍了含氟树脂或硅树脂适合用作绝缘覆层65的树脂，但是当使用这些树脂时，可取的是形成适合于所使用树脂和陶瓷类型的的一个底层，以提高与底下的陶瓷层的粘结力，并在该底层上形成绝缘覆层65。
接着，如果形成在所说绝缘覆层65上的屏蔽层66是由树脂构成的，由于难以烧结，所以使用不需要加热的方法，例如喷镀，其中使用各种金属化材料作为导电部件；但是，如果使用由金属粉末和树脂构成的导电软膏，可取的是可以采用丝网印刷或涂覆。如果绝缘覆层65由玻璃制成时，可以用丝网印刷方法印刷包含金属的软膏，并在低于玻璃流动的温度下烧结。
最后，在整个膜片19或共振部分26上施加捕获物质或类似物以完成质量传感器1。共振频率的测量是使用一种阻抗分析仪或网络分析仪，或者利用SINSWEEP系统实现的，或者通过测量对于外部超声波振荡的传递功能实现的。此外，可以根据共振频率的变化测量膜片19质量的变化。
下面参照所说实例介绍本发明；但是，这个实例并不是对本发明的限制。
在制造具有图11所示结构的质量传感器过程中，利用氧化锆制备振荡片、中间片、和基片的具有不同厚度的毛坯片，其中所说氧化锆已经用氧化钇部分稳定化处理，经过预定形状的处理，按照这个次序叠置，加热和压缩，并在1450℃下进行一体烧结。接着，利用丝网印刷方法在振荡片上形成传感片的预定区域上形成由一个第一电极、一个压电膜、和一个第二电极、以及与这些电极相连的电极引线构成的一个压电元件。所说第一电极由铂制成；所说压电膜由包含锆酸铅、钛酸铅、和铌酸铅镁作为主要成分的一种材料制成；所说第二电极由金制成；所说电极引线由银制成。
接着，利用YAG激光器进行处理(四次谐波，波长：266纳米)，在传感器部分13中形成如图12所示的一个开口、一个膜片、和一个传感片，以完成质量传感器1。这里，膜片的厚度为7微米，中间片的厚度为65微米，基片的厚度为150微米，膜片的尺寸为0.5×0.3毫米。
通过利用上述的YAG激光器在形成于膜片整个表面上的厚度为0.3微米的金层中形成多个直径为10微米的斑点图案以减小其质量可以改变膜片上的质量。测量处理之前和之后的共振频率，获得如图26所示的结果。根据这些结果，证明本发明的质量传感器相应于纳米量级的质量变化产生共振频率的变化。
上文中已经针对将利用压电效应的压电膜作为检测共振部分振荡和将振荡转换为电信号的装置的一种压电转换装置介绍了本发明的质量传感器。但是，这类信号转换装置并不局限于那些利用压电效应的装置，也可以由那些利用电磁感应、静电电容变化、入射光变化、电阻变化、或热电性的装置构成。
例如，利用电磁感应的装置包括具有安装在传感片上的线圈、用于检测线圈中电信号的电路、和用于在线圈中产生磁场的磁体(可以是电磁体)的那些装置。在这种情况下，当线圈与共振部分一起振荡时，由于电磁感应在线圈中产生电流，并且由所说电路检测到该电流。利用静电电容变化的装置包括那些具有安装在传感片表面上的一对电极、夹在两个电极之间的电介质层、和与这些电极相连的电路，并利用所说电路检测在这个特定空间内的静电电容的那些装置。
利用入射光变化的装置包括那些具有用于照射共振部分的一个器件例如一个光电二极管、和用于测量被共振部分反射的光量的一个器件(光接收器)的装置。这个光接收器可以是一个光传感器。当共振部分振荡时，被共振部分反射的光量发生变化，然后利用所说光接收器测量入射光量的变化。
利用电阻变化效应的装置粗略分为利用导体和利用半导体两种。利用导体的装置具有设置在共振部分表面上的一个导体，和与该导体相连的一个电路。由于当导体与共振部分一起振荡时导体受到振荡的干扰，其电阻值发生变化，所以利用所说电路检测电阻值的变化。利用半导体的装置使用一个半导体代替导体。
利用热电性的装置包括那些具有设置在传感片表面上的一对电极、形成在这些电极之间的一个热电部件、与这些电极相连的一个电路、和一个热源，并利用所说电路检测由振荡产生的热电流的装置。
可以使用这些类型的振荡信号转换器替代上述的压电元件，此外，可以使用不同的信号转换器分别激励共振部分和接收共振部分的振荡。例如，可以使用一个压电转换器进行激励，而使用一个静电电容型转换器进行接收。激励和接收装置的设置可以根据传感片的数量适当而方便地选择。例如，当只使用一个传感片时，可以将它们设置在传感片表面上；当使用两个传感片时，可以将它们设置在两个传感片的两个表面或一个表面上。
工业实用性
如上所述，本发明的质量传感器和质量检测方法具有卓越的效果，它们可以在短时间内容易并且准确地检测出膜片上出现的各种极小的质量变化，亦即膜片上质量负荷的变化。所以，当在膜片上施加用于捕获各种被检测物质的捕获物质时，可以将质量传感器用作气体传感器、味道传感器、气味传感器、免疫传感器、或湿度计，它们可以容易而快速地检测各种化学物质或微生物例如细菌和病毒。如果没有在膜片上施加这样的一种捕获物质，则可以将质量传感器用作一种膜厚度计、粘滞度计、真空计、或温度计。此外，如果使用这种传感器替代染色方法作为一种免疫传感器、气味传感器或味道传感器，可以提高检测的可靠性，因为其判断不依赖于人的感觉。
而且，由于本发明的质量传感器在检测共振频率时极少受到试样温度或者制作质量传感器本身的材料特性由于试样温度而产生变化的影响，并且由于其结构的特性能够测量0.1毫微克的极其微小量级的质量，所以它具有能够检测极其少量物质的效能。
此外，虽然如上所述本发明的质量传感器可以用于多种用途，但是由于都是以基本的测量原理为基础进行测量的，亦即测量包括承受质量负荷的膜片的共振部分的共振频率的变化，所以可以在一个质量传感器中容易地设置具有不同功能的多个共振部分。因此，由于不需要使用多个分立的传感器，本发明的质量传感器在减少在测量点使用传感器的成本方面，在便于处理或测量例如测量仪器方面，以及在通过集成和制造设备的共享使用降低成本方面也具有经济的效果。

Claims (35)

1、一种质量传感器，其特征在于在一个传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，
至少一个片状膜片的一个侧面与所说传感片的一个侧面相连，使得所说膜片的片表面与上面设置有压电元件的所说传感片的片表面相互垂直，
所说传感片的另一侧面与一个传感器基体相连，和
由所说传感片、所说膜片、和所说压电元件组成一个共振部分。
2、一种质量传感器，其特征在于一个连接片在相应侧面与一个膜片相连，
一个传感片在相应侧面沿垂直于所说膜片与所说连接片的接合方向的方向与所说连接片相连，
在所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，
所说连接片和所说传感片的侧面的至少一部分与所说传感器基体的侧面相连，和
由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
3、一种质量传感器，其特征在于一个连接片在相应侧面与一个膜片相连，
两个传感片在相应侧面沿垂直于所说膜片与所说连接片的接合方向的方向与所说连接片相连，从而将所说连接片夹在其间，
在至少一个所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，
所说连接片和所说传感片侧面的至少一部分与所说传感器基体的一个侧面相连，和
由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
4、如权利要求3所述的质量传感器，其特征在于所说压电元件设置在一个传感片的至少一个片表面上，在另一个传感片上沿垂直于所说另一个传感片与所说连接片的接合方向的方向形成一个或多个切口。
5、如权利要求3或4所述的质量传感器，其特征在于在所说相应传感片的片表面上至少沿相同方向设置相应的压电元件，设置在一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向与设置在另一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向是彼此相反的。
6、一种质量传感器，其特征在于彼此之间不直接相连的一个连接片和一个传感片在相应的侧面与所说膜片接合，使得与所说膜片的接合方向相互平行，
所说连接片和所说传感片与一个传感器基体的一侧相连，
在所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置一个压电元件，
由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
7、一种质量传感器，其特征在于由在相应侧面接合的两个连接片夹持的一个膜片组件跨越设置在形成在传感器基体上的一个凹陷部分的侧表面之间，
两个传感片中的每一个都跨越设置在所说连接片之间，并沿垂直于所说相应连接片夹持所说膜片方向的方向跨越所说凹陷部分的底侧，在所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置有一个压电元件，和
由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
8、一种质量传感器，其特征在于由在相应侧面接合的两个连接片夹持的一个膜片组件跨越设置在形成在传感器基体上的一个通孔中，
在所说相应的连接片与所说通孔的侧面之间，或者所说膜片与所说通孔侧面之间，沿垂直于所说相应连接片夹持所说膜片方向的方向设置至少一组传感片，
在至少一个所说传感片的至少一个片表面的至少一部分上设置一个压电元件，和
由所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说压电元件组成一个共振部分。
9、如权利要求8所述的质量传感器，其特征在于在借助于所说相应连接片或所说膜片彼此相向的每对所说的相应传感片中，在一个传感片的至少一个片表面上设置所说的压电元件，在另一个传感片上沿垂直于所说另一个传感片与所说连接片或所说膜片的接合方向的方向形成一个或多个切口。
10、如权利要求8或9所述的质量传感器，其特征在于在借助于所说相应连接片或所说膜片彼此相向的每对所说相应传感片的片表面上至少沿相同方向设置有相应的压电元件，和
设置在一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向与设置在另一个传感片上的所说压电元件中压电膜的极化方向是彼此相反的。
11、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于所说膜片、所说连接片、和所说传感片通过相互接合形成同一个平面。
12、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于所说传感片固定和连接在由所说连接片与所说传感器基体形成的所说凹陷部分中。
13、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于所说膜片、所说连接片、和所说传感片由一个振荡片一体形成，所说传感器基体与所说振荡片和基片一体地叠置而成。
14、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在所说连接片的一个或者每一个片表面上粘结一个弹性片，所说弹性片与所说传感器基体或弹性片加强件相连。
15、如权利要求14所述的质量传感器，其特征在于所说弹性片与所说相应的连接片一体形成，而且与一体地插入所说振荡片与所说基片之间的一个中间片一体形成，或者与和所说振荡片一体形成的所说弹性片加强件一体形成。
16、如权利要求14或15所述的质量传感器，其特征在于所说质量传感器与所说弹性片结合，并且具有与所说传感器基体侧面相连的一个加强片。
17、如权利要求16所述的质量传感器，其特征在于所说加强片与所说弹性片和所说传感器基体一体形成。
18、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在所说膜片的至少一部分上施加仅仅与被检测物质发生反应并捕获所说物质的一种捕获物质，所说压电元件测量所说共振部分在所说被检测物质尚没有被所说捕获物质捕获状态下和在所说被检测物质已经被所说捕获物质捕获状态下的共振频率，和
根据测得的共振频率的变化测量被所说捕获物质捕获的所说被检测物质的质量。
19、如权利要求18所述的质量传感器，其特征在于在所说传感器基体上设置至少两个共振部分，在至少一个所说共振部分的膜片上不施加所说捕获物质。
20、如权利要求18或19所述的质量传感器，其特征在于在所说传感器基体上设置至少两个共振部分，在每一个所说共振部分的膜片的至少一部分上分别施加一种不同的捕获物质。
21、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在所说传感器基体上设置至少两个共振部分，通过合并来自所说相应共振部分的信号扩展动态范围。
22、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在所说传感器基体内部形成一个任意形状的通孔，所说共振部分形成在所说通孔的内周边表面上。
23、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于所说压电元件之一被拆分成两个部分，一个用于驱动，另一个用于检测。
24、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在一个共振部分上设置两个压电元件，一个压电元件用于驱动，另一个用于检测。
25、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在传感器基体上的所说膜片与所说压电元件之间中部设置有由一对电极构成的一个位置传感器。
26、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于用一种树脂或玻璃绝缘覆层覆盖与所说压电元件相连的电极引线、所说压电元件的电极。
27、如权利要求26所述的质量传感器，其特征在于所说树脂是一种含氟树脂或一种硅树脂。
28、如权利要求26或27所述的质量传感器，其特征在于在所说绝缘覆层的表面上还形成有由一种导电材料构成的一个屏蔽层。
29、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于所说传感器基体、所说膜片、所说连接片、所说传感片、和所说弹性片都是由稳定的氧化锆或部分稳定的氧化锆构成的。
30、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于在所说压电元件中的压电膜是由包含主要由锆酸铅、钛酸铅、和铌酸铅镁组成的一种成分的一种材料构成。
31、如权利要求14所述的质量传感器，其特征在于所说膜片、所说连接片、所说检测片、或所说弹性片中至少某些的形状是通过激光处理或机加工处理修整而进行调整的。
32、如权利要求2所述的质量传感器，其特征在于所说压电元件的电极是经过激光处理或机加工处理的，以调整所说压电元件的有效电极面积。
33、利用所说质量传感器检测质量的一种方法，在所说质量传感器中，至少一个片状膜片的一个侧面与所说传感片的一个侧面接合，使得所说膜片的片表面垂直于所说传感片安装压电元件的片表面，所说传感片的另一侧面与所说传感器基体相连，该方法特征在于利用所说压电元件根据下述振荡模式中至少一种测量共振频率，
所说膜片的θ-模式摆动振荡，在所说θ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以垂直穿过固定平面的垂直轴为中心作摆锤状振荡，所说固定平面是所说膜片与所说传感片的接合表面；
所说膜片的φ-模式摆动振荡，在所说φ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片的侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以所说垂直轴为中心作摆锤状振荡，同时伴随着沿平行于所说膜片侧面方向的摆动；或
所说膜片沿所说垂直轴方向的振荡。
34、使用具有至少一个压电元件的质量传感器检测质量的一种方法，在所说质量传感器中，一个连接片在相应的侧面与一个膜片相连，至少一个传感片在相应的侧面沿垂直于所说膜片与所说连接片的接合方向与所说连接片相连，所说连接片和所说传感片侧面的至少一部分与所说传感器基体侧面的一部分相连，
该方法的特征在于利用所说压电元件根据下述振荡模式中至少一种测量共振频率，
所说膜片的θ-模式摆动振荡，在所说θ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以垂直穿过一个固定平面的垂直轴为中心作摆锤状振荡，所说固定平面是所说连接片与所说传感器基片的接合表面；或
所说膜片的φ-模式摆动振荡，在所说φ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片的侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以所说垂直轴为中心作摆锤状振荡，同时伴随着沿平行于所说膜片侧面方向的摆动。
35、使用具有至少一个压电元件的质量传感器检测质量的一种方法，在所说质量传感器中，被在相应侧面连接的两个连接片夹持的一个膜片组件跨越设置在一个凹陷部分的侧表面之间或者跨越设置在形成于传感器基体的一个通孔中，在所说相应的连接片与所说凹陷部分的底侧或所说通孔的侧面之间，或者在所说膜片与所说凹陷部分的底侧或所说通孔侧面之间，沿垂直于所说相应连接片夹持所说膜片的方向设置有至少一组传感片，该方法的特征在于用所说压电元件根据下述至少一种振荡模式测量共振频率，
所说膜片的θ-模式摆动振荡，在所说θ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以垂直穿过一个固定平面的垂直轴为中心作摆锤状振荡，所说固定平面是所说连接片与所说传感器基片的接合表面，
所说膜片的φ-模式摆动振荡，在所说φ-模式摆动振荡中，所说膜片沿垂直于所说膜片的侧面并且垂直于所说垂直轴的方向以所说垂直轴为中心作摆锤状振荡，同时伴随着沿平行于所说膜片侧面方向的摆动，
所说膜片以所说垂直轴为中心的摆动振荡，其振荡方向与垂直于所说膜片侧面并且垂直于所说垂直轴的方向平行，或
所说膜片沿所说膜片片表面方向的旋转振荡。
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