CN107302347A - 10MHz石英力敏谐振器集群 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群的设计、结构及制作。本发明在同一石英晶体基片上不同的位置设置6对电极，每对电极可构成一个独立的谐振器，分别与各自的激励电路连接时各谐振器可同时独立地工作，彼此之间互不干扰。当在基片的边缘位置沿直径方向给基片施加径向力作用时，不同位置的谐振器表现出不同的力敏特性；选择一定的径向力作用方位，利用不同位置的谐振器间的力敏特性差异，通过共模抑制及频率信号融合技术，可得到一种能抑制温度干扰并具有良好力敏特性的石英力敏谐振器集群。这种石英力敏谐振器集群可作为力敏元件用于姿态检测、惯性导航、形变监控等军用装备及民用设施检测控制领域。
Description
技术领域
本发明——10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群，属于石英晶体力敏谐振器的结构设计制作领域。传统的石英晶体谐振器是现代通讯、信号检测及控制等领域中常见的电子元件，主要用于频率控制和频率选择电路。本发明——10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群则是利用一定切型的石英晶体谐振器所具有的力频敏感特性设计制作的一种特殊结构的力敏谐振器。这种10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群能抑制温度等干扰因素对谐振频率的影响，并可作为力敏感元件应用于力、形变或惯性检测控制系统等领域。
背景技术
传统的石英谐振器作为一种电子元件，其结构有音叉式、圆薄片式、薄矩形式等，电极均为一对电极，整体封装在一个金属壳体内，外接引线与电路连接形成谐振。这种传统的石英谐振器主要用于频率稳衡及控制电路等领域。
石英晶体是一种具有压电效应及各向异性特性的结晶体。由切割而得的石英晶体薄片的性质与晶体薄片的取向即切型密切相关。因此，在一定的切型下石英晶体薄片具有显著的压电效应，由这种切型的石英晶体构成的谐振器具有力敏感特性，即力作用到处于谐振状态的石英晶体谐振器时，谐振器的谐振频率将发生变化，此即石英晶体谐振器的力频敏感特性。
在石英晶体谐振器力频敏感特性的应用方面，谐振器的基片有薄圆片式、薄矩形式等形状，一个基片上只有一对电极，即一个基片构成一个谐振器。使用时一般由两个结构相同的谐振器配对使用以消除温度等的干扰。
本发明在厚度为0.16mm的同一石英晶体基片上设置6对电极，每对电极可构成一个独立的谐振器，分别与各自的激励电路连接时各谐振器可同时独立地工作，彼此之间互不干扰，谐振频率为10MHz，这样就构成了石英力敏谐振器集群。在这种结构的石英力敏谐振器集群的基片的边缘施加径向力时，不同位置的谐振器表现出不同的力频敏感特性。根据这种力敏特性差异，再利用信息融合技术，可使这种集群式的石英力敏谐振器的力频敏感效应得到提升，同时可抑制温度等干扰因素的影响。
经查询，本领域的研究工作除本发明人及团队外，未见相关成果的报道。
发明内容
本发明涉及一种10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群的设计、结构及制作。发明的目的是为了解决石英晶体谐振器力频敏感特性应用过程中温度、工艺等因素对谐振器性能稳定性的干扰问题，提供一种性能优良并具有显著力频敏感效应的石英力敏谐振器集群。
本发明一种10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群，其特点是在同一石英晶体基片上不同位置点有大小和形状相同的6对独立电极，每对独立电极及电极间对应的晶体共同构成一个独立谐振器，由此在同一石英晶体基片上可形成6个独立谐振器，其特征是：所述的10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群，同一石英晶体基片上的各个独立的谐振器由以晶体基片为镜像面的两个对称金属电极及电极间的石英晶体构成，每对电极通过电极过渡引线及电极外接引线与激励电路连接；同一石英晶体基片上的各个独立谐振器均匀地分布在以晶体基片中心为圆心的同一圆周上，晶体基片为薄圆片；所述同一石英晶体基片上的各个独立的谐振器与自己的激励电路连接时，能同时独立工作，互不干扰，基频谐振频率为10MHz±2kHz；所述的多电极石英力敏谐振器，电极材料为导电性能良好的金属材料，如可以是金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等金属；电极及电极过渡引线可用溅射、蒸镀等方法一次沉积完成；所述的10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群，其石英晶体基片的厚度约为0.16mm，基片的直径为14mm；晶体基片的表面为抛光镜面；晶体基片的外边沿为劈型平倒结构。
本发明同一石英晶体基片上的各个独立的谐振器，在一定的径向力F作用下，可导出如下力频敏感特性关系式：
Δf＝KiΔF (1)
式中，Δf为石英力敏谐振器谐振频率变化量，ΔF为石英力敏谐振器的受力变化量，Ki为与径向力加力方位、晶体厚度、电极位置、谐振频率等有关的系数。对一定结构的石英晶体谐振器，在一定的谐振状态和加力方式下，Ki为常数，在这种情况下，谐振器谐振频率变化量Δf与力变化量ΔF成线性关系。
本发明同一石英晶体基片上的各个不同位置的独立谐振器，由于石英晶体的各向异性特性，各个谐振器对应的Ki各不相同。这种差异的存在，为共模抑制材料自身因素的干扰奠定了基础，也为通过信息融合提高谐振器集群的力频敏感特性及综合性能提供了条件。
附图说明
图1 实施例——电极直径2mm，10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群结构图
1-石英晶体基片，2-石英晶体基片边沿劈型倒边，3-谐振器电极(共6对)，4-谐振器电极过渡引线(共12处)，5-谐振器电极外接引线(共12根)
图2 实施例——电极直径1mm，10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群结构图
6-石英晶体基片，7-石英晶体基片边沿劈型倒边，8-谐振器电极(共6对)，9-谐振器电极过渡引线(共12处)，10-谐振器电极外接引线(共12根)
具体实施方式
下面结合实施例附图对本发明10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群作如下叙述。
本发明10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群实施例如图1、图2所示。包括石英晶体基片1(或6)，石英晶体基片边沿劈型倒边2(或7)，谐振器电极3(或8)(6对)，谐振器电极过渡引线4(或9)(12处)，谐振器电极外接引线5(或10)(12根)。
图1中，电极3的直径为2mm，6对电极3均匀分布中半径为4mm的圆周上，该圆周的中心与石英晶体基片1的中心重合；图2中，电极8的直径为1mm，6对电极8均匀分布中半径为3mm的圆周上，该圆周的中心与石英晶体基片6的中心重合
石英晶体基片1(或6)根据设计要求经切割加工成厚度为0.16mm、直径为14mm的薄圆盘。切割加工时用倒口的方式标记出x轴的方向，薄圆片根据设计要求可作高温老化处理，表面作抛光处理，以提高谐振器谐振频率的稳定性。石英晶体基片边沿倒边2(或7)采用劈型倒边形式，以减小谐振器谐振能量的损失。将制作好的石英晶体基片按规定的标记方向(即x轴方向)装在电极镀膜夹具中，用溅射蒸镀或沉积的方法制作出6对谐振器电极3(或8)及电极过渡引线4(或9)，之后将谐振器电极外接引线5(或10)用银浆固结在电极过渡引线4(或9)上，并在真空状态高温固化24小时。每对电极对应的外接引线5(或10)分别与各自的激励电路连接，从而构成谐振回路，在通电状态下则对应的谐振器即可工作于相应的谐振状态。若在石英晶体基片1(或6)的外边沿施加径向作用力，则谐振器的谐振频率将随作用力的大小变化而变化。
利用Agilent-53132A数字式频率计及径向加力装置，可测出本发明10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群中不同位置谐振器的力频敏感转换系数。在不同的加力方位，不同位置的谐振器的力-频转换系数不同。利用这种差异，再利用共模抑制原理，将不同位置的谐振器谐振频率作差频处理时，可抑制温度等干扰因素对谐振器谐振频率的影响；利用信息融合技术，可提高本发明10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群整体的力敏特性等综合性能。
Claims (9)
1.一种10MHz、6对电极的石英力敏谐振器集群，涉及这种10MHz、6对电极石英力敏谐振器的设计、结构及制作，其特点是在同一薄圆形石英晶体基片上，设计6对大小和形状相同的独立电极，每对独立电极构成一个独立谐振器，共6个独立的谐振器，每个独立的谐振器其振荡基频为10MHz。
2.权利要求1所述的10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群，各个独立谐振器由两个对称电极及电极间的石英晶体构成，电极为圆形，通过电极过渡引线及电极外接引线与激励电路连接。
3.权利要求1所述的10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群，其晶体基片为圆形，6个谐振器的电极中心均匀地分布在同一圆周上，圆周中心与圆形晶体基片中心重合。
4.权利要求1所述的6个独立谐振器的电极的可以是金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等导电性能良好的金属材料。
5.权利要求1所述的6个独立谐振器分别与自己的激励电路连接时，能同时独立谐振，互不干扰，基频为10MHz±2kHz范围。
6.权利要求1所述的10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群，电极及电极过渡引线可用溅射、蒸镀等方法一次沉积完成。
7.权利要求1所述的多电极石英力敏谐振器，其石英晶体基片的厚度约为0.16mm，基片的直径为14mm。
8.权利要求1所述的10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群，其石英晶体基片的表面为抛光镜面。
9.权利要求1所述的10MHz、6对电极石英力敏谐振器集群，其石英晶体基片的外边沿为劈型平倒结构。
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