CN107991561A - 一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置及方法；所述用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置包括底端开口的壳体；位于所述壳体底端的输出转接基座；位于所述壳体内且与所述输出转接基座结合固定的信号处理及调试功能通用底板；及位于所述壳体内且位于所述信号处理及调试功能通用底板上方的振荡及加热控温功能适配插板。所述老化性能测试方法包括将石英晶体谐振器插接在振荡及加热控温功能适配插板上；将振荡及加热控温功能适配插板插接在信号处理及调试功能通用底板上；将插装完成的老化性能测试装置装入老化测试系统中并加电调试；进行老化性能测试；卸载石英晶体谐振器。本发明解决了现有方法破坏产品形貌、产品适配性差等问题。

Description

一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及元器件测试技术领域。更具体地，涉及一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置及方法。

背景技术

石英晶体谐振器是利用具有压电效应的石英晶片而制成的谐振元件，也是构成晶体振荡器的关键组件。由于石英晶体谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度优良等一系列优异特点，被广泛应用于通信、医疗、航空航天、武器装备等行业及领域中。

晶体谐振器、晶体振荡器等石英晶体元器件的频率随着时间的变化而变化，称为老化。老化性能是评估石英晶体元器件频率稳定度优良性的一个重要指标。并且当晶体谐振器作为晶体振荡器的关键组件使用时，晶体谐振器自身的老化性能对其构成的晶体振荡器老化性能具有决定性影响。因此，对于晶体谐振器自身的老化性能进行独立的、预先的测试及评估十分必要。

晶体谐振器本身是无源元件，对晶体谐振器进行老化测试时，必须将其接入到振荡网络中产生谐振后方能进行输出频率的变化量测试，得出老化性能评估结果。现有的测试方法通常是将晶体谐振器以焊接、甚至改变其引线形状等的方式安装在传统设计的振荡装置后，放入恒温箱中在同一温度条件下进行老化测试。其中对引线焊接、改变引线形状等操作均对晶体谐振器的形貌完好性造成破坏，甚至显著影响晶体谐振器的后续交付、使用及安装。因此对于以晶体谐振器作为产品最终交付物的研制生产场合，只能对产品老化性能采取破坏性抽样检测；而对于将晶体谐振器作为组件使用并以晶体振荡器等配套产品作为最终产品交付物的研制生产场合，由于现有测试方法及装置不能实现无损测试，也就无法实现对配套产品使用的石英谐振器在组装前进行预先的老化性能评估筛选及剔除，只能直接对最终的晶体振荡器等配套产品的老化性能进行测试，淘汰不符合要求的最终产品或者拆除更换晶体谐振器进行返工、导致配套产品的生产成本及返工率较高，合格率较低。

另外现有方法采用的传统测试振荡装置与振荡器设计类似，不仅谐振器需要焊接安装及拆卸，操作繁杂，而且其电路及结构设计也完全参照振荡器产品，采用所有功能电路均集中排布在一起的方式，电路板体积较大，老化测试系统单板可安装装置数量少，测试效率较低；同时由于振荡网络中振荡与加热控温电路功能部分对所接入晶体谐振器的选择性较强，晶体谐振器的切型、频率范围、外形结构等不同，振荡控温电路的电气设计及加热结构也有所区别。因此，当测试更换不同参数产品时，就必须更换整套测试装置。这样一来，测试工装投入成本较高而影响了装置形成系列化以适配不同参数的产品，从而导致现有测试方法及装置受到明显限制。

因此，本发明提供了一种产品适用范围广的、可以对石英晶体谐振器进行独立的、无损伤的、精确的老化性能测试装置及方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置。该装置可以对石英晶体谐振器进行独立的、无损伤的、精确的老化性能测试，解决了现有测试方法对产品外部形貌具有破坏性、产品适配性较差等问题。

本发明的另一个目的在于提供一种将上述装置用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置，包括：

底端开口的壳体；

位于所述壳体底端的输出转接基座；

位于所述壳体内且与所述输出转接基座结合固定的信号处理及调试功能通用底板；以及

位于所述壳体内且位于所述信号处理及调试功能通用底板上方的振荡及加热控温功能适配插板；其中，

所述壳体用于对老化性能测试装置内部组件形成适当的遮蔽，防止外部环境影响；

所述输出转接基座用于将老化性能测试装置与老化系统进行适配安装并形成电气连接与数据信号联通；

所述信号处理及调试功能通用底板用于振荡网络频率信号放大输出，同时对石英晶体谐振器的工作温度和输出频率进行调节；

所述振荡及加热控温功能适配插板用于将石英晶体谐振器接入振荡网络发生谐振产生振荡频率，并对石英晶体谐振器进行加热控温。

优选地，所述信号处理及调试功能通用底板包括：

与所述输出转接基座结合固定的第一基板；

位于所述第一基板顶面的晶体信号处理及调试电路；以及

结合固定于所述第一基板顶面两端部且对称设置的排针插座。

优选地，所述信号处理及调试功能通用底板还包括：均位于所述晶体信号处理及调试电路顶面的可调电阻器和可调电容器。

优选地，所述振荡及加热控温功能适配插板包括：

第二基板；

结合固定于所述第二基板底面两端部且与所述排针插座对应设置的排针；

位于所述第二基板顶面的振荡及加热控温电路；

位于所述振荡及加热控温电路顶面的金属加热块；以及

位于所述金属加热块顶面的晶体谐振器插座；其中，将排针与排针插座配合接插在一起，即可形成振荡及加热控温功能适配插板与信号处理及调试功能通用底板之间的结构及电气连接。

优选地，所述第一基板与所述输出转接基座通过基座引脚装配及焊接结合固定。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种将上述装置用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，包括如下步骤：

S1、将石英晶体谐振器插接在振荡及加热控温功能适配插板上；

S2、将振荡及加热控温功能适配插板插接在信号处理及调试功能通用底板上，形成全功能电路电气连接；

S3、将插装完成的老化性能测试装置装入老化测试系统中，并加电调试；

S4、进行老化性能测试；

S5、测试完毕，卸载石英晶体谐振器。

优选地，所述步骤S1具体包括如下过程：根据需测试石英晶体谐振器的盒型规格、切型及频率所处频段，选择适配的振荡及加热控温功能适配插板，然后将石英晶体谐振器插接在振荡及加热控温功能适配插板上。

优选地，所述步骤S2具体包括如下过程：将已安装石英晶体谐振器的振荡及加热功能适配插板，与结合固定于转换基座上的信号处理及调试功能通用底板，相互插接在一起，形成完整的振荡器网络的全电气连接。

优选地，所述步骤S3具体包括如下过程：将插装完成的老化性能测试装置放入老化测试系统，通过输出转接基座安装在与老化测试系统软件进行通讯联通的测试单板上；对测试单板上的老化性能测试装置通电，调节可调电阻器从而将控温电路温度调整至晶体谐振器的实际拐点温度，然后调节可调电容器以调整谐振器的频率精确，盖上壳体。

优选地，所述步骤S4具体包括如下过程：运行老化测试系统，对石英晶体谐振器进行在控制温度下的频率测试，得出老化测试数据及结果。

优选地，所述步骤S5具体包括如下过程：测试完毕后，测试系统内的测试单板停止通电，将老化测试装置从测试单板上取下，打开装置的壳体，将振荡及加热控温功能适配插板从信号处理及调试功能通用底板上插拔分离，最后将晶体谐振器从振荡及加热控温功能适配插板中完好取出。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明可根据需测试晶体谐振器的盒型规格、切型及频率频段、选择老化测试装置提供的振荡及加热控温功能适配插板，使测试的晶体谐振器品种范围更为广泛。

(2)使用本发明的测试装置，石英晶体谐振器可直接插接在振荡及加热控温功能适配插板上而无需焊接或整形，可以避免对产品形貌的损伤和破坏。

(3)本发明安装了石英晶体谐振器的振荡及加热控温功能适配插板，可与固定于转换基座上的信号处理及调试功能通用底板，通过排针结构相互插接在一起，形成了完整的振荡网络的全电气连接。

(4)本发明插装完成的老化测试装置可通过输出转接基座便捷的插装在的测试单板上与老化测试系统软件进行通讯联通。

(5)本发明的老化测试装置经单板通电，可通过调节通用底板上的可调电阻器调整每只谐振器的实际工作温度，通过调节可调电容器调整每只谐振器的输出频率精度。

(6)本发明通过运行配套的老化测试系统，可实现对晶体谐振器进行在各自工作温度下的频率测试。

(7)本发明的老化测试完成后，可从该方法提供的测试装置中便捷的将晶体谐振器完好无损的拔取出，并保证产品后续的使用安装要求

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置的结构示意图。

图2示出本发明用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置安装石英晶体谐振器的剖面示意图。

图3示出本发明用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置的操作流程图。

图1～图2中，1-壳体、2-振荡及加热控温功能适配插板、3-信号处理及调试功能通用底板、4-输出转接基座、101-第一基板、102-第二基板、103-金属加热块、104-晶体谐振器插座、105-振荡及加热控温电路、106-金属排针；107-晶体信号处理及调试电路、108-可调电阻器、109-可调电容器、110-排针插座、5-石英晶体谐振器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

为了解决现有技术中，石英晶体谐振器进行老化测试时，需要将其以焊接、甚至改变其引线形状等的方式安装在振荡装置进行老化测试，该操作对晶体谐振器的形貌完好性造成了破坏，甚至显著影响晶体谐振器的后续交付、使用及安装等问题，本发明提出了一种可以对石英晶体谐振器进行独立的、无损伤的、精确的老化性能测试装置及方法。

具体地，结合图1～图2所示，本发明提供了一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置，包括：

底端开口的壳体1；

位于所述壳体底端的输出转接基座4；

位于所述壳体内且与所述输出转接基座结合固定的信号处理及调试功能通用底板3；以及

位于所述壳体内且位于所述信号处理及调试功能通用底板上方的振荡及加热控温功能适配插板2；其中，

所述壳体1用于对老化性能测试装置内部各组件形成适当的遮蔽，防止外部环境影响；

所述输出转接基座4用于将老化性能测试装置与老化系统进行适配安装并形成电气连接与数据信号联通；

所述信号处理及调试功能通用底板3用于振荡网络频率信号放大输出，同时对石英晶体谐振器的工作温度和输出频率进行调节；

所述振荡及加热控温功能适配插板2用于将石英晶体谐振器接入振荡网络发生谐振产生振荡频率，并对石英晶体谐振器进行加热控温。该装置中，振荡及加热控温功能适配插板2、信号处理及调试功能通用底板3和输出转接基座4形成了结构组装及电气连接，最后壳体1罩于外部，形成本方法所提供的老化性能测试装置完整的装配结构。该装置可以对石英晶体谐振器进行独立的、无损伤的、精确的老化性能测试，具有测试无损伤、产品适配性好、应用范围广、测试精度及测试效率高等特点和优势，实现了石英谐振器在使用和组装前老化性能的无损预先筛选，降低了配套产品生产成本、提高配套产品合格率，解决了现有测试方法对产品外部形貌具有破坏性、产品适配性较差等问题。

进一步地，所述信号处理及调试功能通用底板3包括：

与所述输出转接基座结合固定的第一基板101；

位于所述第一基板顶面的晶体信号处理及调试电路107；以及

结合固定于所述第一基板顶面两端部且对称设置的排针插座110。

此外，作为优选地实施方式，因对老化性能精确评估有迫切需求的产品，多数都是对老化性能要求较高的高精密晶体元器件，而其实际使用时其工作温度均是处在晶体谐振器本身的拐点温度，并且每只谐振器本身的拐点温度并不完全相同，产品间的拐点温度差异通常最高可达10℃以上，结合图1和图2可以看出，所述信号处理及调试功能通用底板3还包括：

均位于所述晶体信号处理及调试电路顶面的可调电阻器108和可调电容器109；其中，

通过调节可调电阻器108，可以独立调节及控制每只石英晶体谐振器在老化测试时的加热控温温度，因此在进行老化测试时，可以实现将每只产品调节并加热控温在其本身的拐点温度，很好的模拟并接近产品实际工作温度环境；同时，通过调节可调电容器109的电容值，可以独立调节每只测试石英晶体谐振器的频率精度，模拟石英晶体谐振器在振荡器内工作时的电路负载。并且可使同时进行测量的石英晶体谐振器产品其输出频率调整控制的较为集中精确，使得老化系统遍历测试各个产品时频率搜索的范围缩小，频率测量及读取精度更高，数据更为稳定可信。因此综合上述控温、调频等调试功能的实现，使得该优选实施方式提供的测试装置对石英晶体谐振器老化性能的测试及评估数据及结果更加准确可靠。

为保障组件结合固定牢固，所述第一基板101与所述输出转接基座4通过基座引脚装配及焊接结合固定。

为进一步保证石英晶体谐振器不受损伤，所述振荡及加热控温功能适配插板2包括：

第二基板102；

结合固定于所述第二基板底面两端部且与所述排针插座对应设置的排针106；

位于所述第二基板顶面的振荡及加热控温电路105；

位于所述振荡及加热控温电路顶面的金属加热块103；以及

位于所述金属加热块顶面的晶体谐振器插座104。结合图1和图2可以看出，该优选实施方式对石英晶体谐振器的安装采用了晶体谐振器插座104和金属加热块103设计，在晶体谐振器插座104上仅进行插入或拔取石英晶体谐振器的操作即可实现产品安装和卸载，操作便捷，并保持产品正常形貌无损伤或破坏，保证了晶体谐振器产品后续的正常交付、使用及安装。由于这种无损伤测试的特点及优势，本发明提供的测量方法及装置，一方面对于石英晶体谐振产品作为最终交付物的研制生产场合，可实现产品老化性能100％检测；另一方面对于以石英晶体谐振器作为组件使用并以晶体振荡器作为最终产品交付物的研制生产场合，可实现对其使用的石英晶体谐振器在组装前进行预先的老化性能评估筛选及剔除，可很大程度避免不符合性能要求的晶体谐振器被使用组装，提高配套产品的产品合格率，降低生产成本，减少返工，缩短生产周期。因此也使得本发明的测试方法及装置应用场合更加广泛。此外，本领域技术人员可以理解的是，所述晶体谐振器插座104及所述金属加热块103的结构均可按照石英晶体谐振器的立式、卧式等盒型结构特点进行设计，可以保障产品无需进行引线焊接、引线弯曲整形等外观形貌的改变，

同时，根据振荡网络的电气及结构特点，即：振荡与加热控温电路部分对所接入晶体谐振器的选择性较强，晶体谐振器的切型、频率范围、外形结构等不同，振荡控温电路的电气设计及加热结构也有所区别；而信号放大功能电路对接入晶体谐振器则具有较为普遍的通用性和兼容性，因此结合图1和图2可以看出，本申请实施例提供的老化性能测试实现方法及装置，明显区别于传统振荡网络及装置惯常将所有功能电路设计排布在一起的布局及结构设计，巧妙的采取了振荡与加热控温功能和信号处理及调试功能彼此结构分离但又电气联通的设计，分别形成了振荡及加热控温功能适配插板2和信号处理及调试功能通用底板3。其中振荡及加热控温功能，可以针对晶体谐振器的切型、频率范围、外形结构等产品参数，进行合理优化的归类组合，设计形成系列化的振荡及加热控温功能适配插板，适配不同参数类别组合的晶体谐振器产品。同时采用通用化设计，形成适配于所有振荡网络的信号处理及调试功能通用底板，并固定在装置基座上，无需选择及更换。并且本发明采取了金属排针106及配套排针插座110设计，可使振荡及加热控温功能适配插板2和信号处理及调试功能通用底板3这两块电路板组件轻易便捷的安装在一起，使振荡及加热控温电路与信号处理及调试功能电路形成电气连接，形成了完整的振荡网络。

本发明还提供了一种将上述装置用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，结合图2和图3所示，包括如下步骤：

S1、将石英晶体谐振器5插接在振荡及加热控温功能适配插板2上；

S2、将振荡及加热控温功能适配插板2插接在信号处理及调试功能通用底板3上，形成全功能电路电气连接；

S3、将插装完成的老化性能测试装置装入老化测试系统中，并加电调试；

S4、进行老化性能测试；

S5、测试完毕，卸载石英晶体谐振器。

进一步地，所述步骤S1具体包括如下过程：根据需测试石英晶体谐振器的盒型规格、切型及频率所处频段，选择适配的振荡及加热控温功能适配插板，然后将石英晶体谐振器插接在振荡及加热控温功能适配插板上。

进一步地，所述步骤S2具体包括如下过程：将已安装石英晶体谐振器的振荡及加热功能适配插板，与结合固定于转换基座上的信号处理及调试功能通用底板，相互插接在一起，形成完整的振荡器网络的全电气连接；

进一步地，所述步骤S3具体包括如下过程：将插装完成的老化性能测试装置放入老化测试系统，通过输出转接基座安装在与老化测试系统软件进行通讯联通的测试单板上；对测试单板上的老化性能测试装置通电，调节可调电阻器从而将控温电路温度调整至晶体谐振器的实际拐点温度，然后调节可调电容器以调整谐振器的频率精确，盖上壳体。

进一步地，所述步骤S4具体包括如下过程：运行老化测试系统，对石英晶体谐振器进行在控制温度下的频率测试，得出老化测试数据及结果；

进一步地，所述步骤S5具体包括如下过程：测试完毕后，测试系统内的测试单板停止通电，将老化测试装置从测试单板上取下，打开装置的壳体，将振荡及加热控温功能适配插板从信号处理及调试功能通用底板上插拔分离，最后将晶体谐振器从振荡及加热控温功能适配插板中完好取出。

本申请实施例提供的老化性能测试实现方法及装置，在实际使用时，可根据需测试晶体谐振器产品的参数，选择适配的振荡及加热控温功能插板，这种插板适配系列化以及电气功能分板设计的特点和优势，可以实现不同的产品只需更换适配插板，很好地避免了传统测试方法更换产品必须更换成套装置的弊端，使用方便灵活，节约工装投入成本，很大程度的扩充了本方法的产品适用范围。同时叠放插接结构设计，充分利用了空间，很大程度的缩小了测试装置的尺寸和体积，扩充了测试单板安装装置的数量，提升了老化测试系统的测试生产效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置，其特征在于，包括：

底端开口的壳体；

位于所述壳体底端的输出转接基座；

位于所述壳体内且与所述输出转接基座结合固定的信号处理及调试功能通用底板；以及

位于所述壳体内且位于所述信号处理及调试功能通用底板上方的振荡及加热控温功能适配插板；其中，

所述壳体用于对老化性能测试装置内部组件形成遮蔽，防止外部环境影响；

所述输出转接基座用于将老化性能测试装置与老化系统进行适配安装并形成电气连接与数据信号联通；

所述信号处理及调试功能通用底板用于振荡网络频率信号放大输出，同时对石英晶体谐振器的工作温度和输出频率进行调节；

所述振荡及加热控温功能适配插板用于将石英晶体谐振器接入振荡网络发生谐振产生振荡频率，并对石英晶体谐振器进行加热控温。

2.根据权利要求1所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置，其特征在于，所述信号处理及调试功能通用底板包括：

与所述输出转接基座结合固定的第一基板；

位于所述第一基板顶面的晶体信号处理及调试电路；以及

结合固定于所述第一基板顶面两端部且对称设置的排针插座。

3.根据权利要求2所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置，其特征在于，所述信号处理及调试功能通用底板还包括：均位于所述晶体信号处理及调试电路顶面的可调电阻器和可调电容器。

4.根据权利要求1所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试装置，其特征在于，所述振荡及加热控温功能适配插板包括：

第二基板；

结合固定于所述第二基板底面两端部且与所述排针插座对应设置的排针；

位于所述第二基板顶面的振荡及加热控温电路；

位于所述振荡及加热控温电路顶面的金属加热块；以及

位于所述金属加热块顶面的晶体谐振器插座。

5.一种将如权利要求1～4任一项权利要求所述的老化性能测试装置用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将石英晶体谐振器插接在振荡及加热控温功能适配插板上；

S2、将振荡及加热控温功能适配插板插接在信号处理及调试功能通用底板上，形成全功能电路电气连接；

S3、将插装完成的老化性能测试装置装入老化测试系统中，并加电调试；

S4、进行老化性能测试；

S5、测试完毕，卸载石英晶体谐振器。

6.根据权利要求5所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下过程：根据需测试石英晶体谐振器的盒型规格、切型及频率所处频段，选择适配的振荡及加热控温功能适配插板，然后将石英晶体谐振器插接在振荡及加热控温功能适配插板上。

7.根据权利要求5所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下过程：将已安装石英晶体谐振器的振荡及加热功能适配插板，与结合固定于转换基座上的信号处理及调试功能通用底板，相互插接在一起，形成完整的振荡器网络的全电气连接。

8.根据权利要求5所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下过程：将插装完成的老化性能测试装置放入老化测试系统，通过输出转接基座安装在与老化测试系统软件进行通讯联通的测试单板上；对测试单板上的老化性能测试装置通电，调节可调电阻器从而将控温电路温度调整至晶体谐振器的实际拐点温度，然后调节可调电容器以调整谐振器的频率精确，盖上壳体。

9.根据权利要求5所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下过程：运行老化测试系统，对石英晶体谐振器进行在控制温度下的频率测试，得出老化测试数据及结果。

10.根据权利要求5所述的用于石英晶体谐振器的老化性能测试方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括如下过程：测试完毕后，测试系统内的测试单板停止通电，将老化测试装置从测试单板上取下，打开装置的壳体，将振荡及加热控温功能适配插板从信号处理及调试功能通用底板上插拔分离，最后将晶体谐振器从振荡及加热控温功能适配插板中完好取出。