CN110967959A - 包括由电子装置控制其操作的机械机芯的钟表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钟表，其包括由摆轮和压电游丝(8)形成的机械振荡器，以及用于控制机械振荡器的频率的控制装置。该控制装置设置成能够产生时间分离的控制脉冲(SCC)，每个控制脉冲包括由控制装置在压电游丝的两个电极(20，22)之间施加的电阻相对于标称电阻的瞬时减小。控制装置设置成能够在一系列不同的校正时间的每个时间期间或者在连续时间窗口中无中断地施加多个控制脉冲，以便分别以其值取决于检测到的正时间漂移或负时间漂移的校正频率或机械振荡器的期望频率使机械振荡器同步。

Description

包括由电子装置控制其操作的机械机芯的钟表
技术领域
本发明涉及一种包括机械机芯的钟表，该机械机芯设置有由摆轮和摆轮游丝形成的机械振荡器以及用于控制机械振荡器的频率的电子控制装置，该机械振荡器控制机械机芯的操作。
特别地，电子控制装置包括电子类型的辅助振荡器，其通常比机械振荡器、特别是石英振荡器更精确。
背景技术
一些文献涉及钟表中的机械振荡器的电子控制。特别地，美国专利申请No 2013/0051191涉及一种包括摆轮/游丝和用于控制该摆轮/游丝的振荡频率的电子电路的钟表。游丝由压电材料制成或包括在硅芯上的两个横向压电材料层，两个外横向电极设置在游丝的侧表面上。这两个电极连接到电子控制电路，该电子控制电路包括多个可切换的电容，这些电容并联布置并连接到游丝的两个电极。
参考图1至图4，将描述在前述美国专利申请中公开的类型的钟表。为了避免附图过于复杂，图1仅示出钟表的机械机芯的机械谐振器2，该谐振器包括绕几何轴线6振荡的摆轮4和游丝8，游丝8的端子曲线10以传统方式穿过与机械机芯的摆轮夹板(未示出)成为一体的外桩12。图2示意性地示出游丝8的一部分。该游丝由中心硅体14、两个横向压电材料层16、18(特别是氮化铝(AIN))和两个外部金属电极20、22形成。两个电极通过导线26、28(示意图)连接到电子控制电路24。
图3(其再现了与图2和7中的一些附加信息有关的现有技术文献的图1)示出了控制装置32的总体布置，该控制装置32结合在所讨论的钟表中，特别是电子控制电路24中。该电路24包括连接到压电游丝的两个电极的第一电容器34和多个可切换电容器36a到36d，这些可切换电容器与第一电容器并联布置，以形成可变电容CV以便改变连接到游丝的电极的电容值，并且根据该文献的教导，因此根据游丝的刚度而变化。电路24还包括比较器38，其两个输入端分别连接到游丝8的两个电极，该比较器设置成提供逻辑信号，以借助于该逻辑信号的连续逻辑状态变化确定游丝的两个电极之间的感应电压的零交叉点。逻辑信号被提供给逻辑电路40，逻辑电路40还接收来自与石英谐振器44相关联的时钟电路42的基准信号。基于基准信号与由比较器38提供的逻辑信号之间的比较，逻辑电路40控制可切换电容器36a至36d的开关。
此外，在可切换电容器电路之后，布置有通常由四二极管桥形成的全波整流电路46，其提供连续电压VDC并加载有存储电容器48。由压电游丝提供的这种电能为装置32供电。因此，这是一种自主的电系统，因为在电能来自提供给机械谐振器2的机械能的意义上它是自供电的，机械谐振器2的压电游丝8在机械谐振器振荡时形成机电换能器(电流发生器)。
如美国专利No 2013/0051191在第0052段所述，电子控制电路24只能通过增加可变电容CV的值来降低机械谐振器2的振荡频率。该观察结果通过图4的曲线图确认，图4示出了曲线50，其给出了作为可变电容CV值的函数的每日时间误差。实际上，观察到所获得的每日时间误差总是小于零，并且绝对值在可变电容的值增大时增大。因此，控制系统要求机械振荡器的固有频率(在没有调节的情况下的频率)高于该机械振荡器的标称频率(期望频率)。换句话说，它旨在调整机械振荡器，使得其固有频率对应于高于期望频率的频率，控制电路的功能是或多或少地降低该固有频率，使得快慢对应于期望频率。因此，这种系统的一个很大缺陷在于，在没有电子调节的情况下机械机芯的快慢不是最佳的。对于高精度的钟表机芯，实际上必须以非最佳设置降低其自然机械特征。可以推断，这种电子控制系统仅对平均质量或甚至质量较差的机械机芯有意义，因为这些机械机芯的精度取决于电子控制系统。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种设置有机械谐振器的钟表，该机械谐振器包括至少部分地由压电材料形成的游丝以及与压电游丝相关联的电子控制系统，该钟表没有前述现有技术钟表的缺陷，特别是可以与最初以最佳方式(即以其最佳能力)设定其功能的机械机芯相关联。因此，本发明的一个目的是提供一种电子控制系统，由于使用了压电游丝，该电子控制系统是分立且自主的并且与机械机芯真正互补，因为它增加了其精度而不会由此降低机械机芯的最佳初始设定。
为此，本发明涉及一种包括控制装置的钟表，该控制装置设置成能够调节由摆轮和游丝形成的机械振荡器的平均频率，该机械振荡器为计时器的运行计时，该控制装置包括由辅助电子振荡器形成的辅助时基，其为控制过程提供基准频率信号。游丝至少部分地由压电材料和至少两个电极形成，所述至少两个电极布置成在它们之间具有由经受机械应力的压电材料感应的电压并且电连接到控制装置，该控制装置设置成能够改变由压电材料、所述至少两个电极和控制装置形成的控制系统的阻抗。控制装置设置成能够瞬时改变由控制装置在所述至少两个电极之间产生的电阻，以便至少有时产生不同并且各自具有一定的持续时间TP的控制脉冲，每个控制脉冲包括所述电阻相对于标称电阻的瞬时降低，所述标称电阻由控制装置在不同控制脉冲之外在两个电极之间产生。控制装置设置成能够在每个所述时间/时段期间施加多个控制脉冲，使得每个多个控制脉冲之中任何两个连续的控制脉冲在其起点之间具有时间距离DT，该时间距离DT等于数值N乘以对每个所述时间确定的控制周期Treg的一半，即数学关系为DT＝N·Treg/2，其中N是大于零的正整数。控制周期Treg和数值N被选择为允许机械振荡器在每个所述时间期间以控制频率Freg＝1/Treg同步。控制装置设置成借助于基准时基确定每个控制脉冲的起点，以便满足上述时间距离与控制周期之间的数学关系，从而确定控制频率。
根据一个有利的变型，时间距离DT等于奇数2M-1乘以针对每个所述时间确定的控制周期Treg的一半，即，数学关系为DT＝(2M–1)·Treg/2，其中M是大于零的正整数。控制周期Treg和数M被选择为使得机械振荡器在每个所述时间期间与控制频率Freg＝1/Treg同步。
在第一主实施例中，所述时间是连续的并且共同形成连续时间窗口。控制装置设置成在连续时间窗口期间施加控制脉冲，使得在该连续时间窗中发生的任何两个连续控制脉冲在其起点之间具有时间距离DT，其中控制周期Treg等于期望周期T0c——该期望周期T0c是期望频率F0c的倒数，以便在任何初始过渡阶段之后，使机械振荡器的频率在连续时间窗口期间连续地与期望频率F0c同步。
在一特定变型中，在连续时间窗口期间，控制装置设置成周期性地施加在上述一般变型中具有触发频率FD(N)＝2·F0c/N或也在上文提到的有利变型中具有触发频率FD(M)＝2·F0c/(2M–1)的控制脉冲。在一优选变型中，数值N或M是恒定的并且对于连续时间窗口是预定义的。
根据第二主实施例，该钟表还包括用于测量机械振荡器的操作相对于其期望频率F0c的时间漂移的装置，并且控制装置设置成在每个所述时间之前，根据检测到至少一定的正时间漂移还是负时间漂移，为控制周期Treg选择大于期望周期T0c(等于期望频率的倒数)的第一校正周期Tcor1或小于期望周期的第二校正周期Tcor2。每个所述时间设置有足够的持续时间以建立同步阶段，其中机械振荡器的频率当在有关的时间之前检测到所述至少一个一定的正时间漂移时与第一校正频率Fcor1＝1/Tcor1同步，并且当在有关的时间之前检测到所述至少一个一定的负时间漂移时与第二校正频率Fcor2＝1/Tcor2同步。
根据一优选变型，当检测到所述至少一个一定的正时间漂移或负时间漂移时，控制装置设置成在所述时间的下一个时间期间周期性地施加相应的多个控制脉冲，这些控制脉冲根据前述变型FINF＝2·Fcor1/N或FINF＝2·Fcor1/(2M–1)具有第一频率FINF，或根据前述变型FSUP＝2·Fcor2/N或FSUP＝2·Fcor2/(2M–1)具有第二频率FSUP。特别地，数值N或M分别在每个所述时间期间是恒定的，并且在下一个相关时间之前预先确定或确定。
由于根据本发明的钟表的特征，因此可以通过经控制脉冲作用来校正机械机芯的自然运行/操作中的时间增益和时间损耗——每个控制脉冲具有有限的持续时间，这改变了游丝的至少两个电极之间的电阻，该游丝至少部分地由压电材料形成。
在第一主实施例中，不间断地施加不同的控制脉冲，并且确定它们被触发的时间，使得机械振荡器的频率与期望频率永久同步，以便在初始阶段之后没有时间漂移，从而允许获得所需的同步。由于其电子电路的简单性，该第一实施例是非常有利的。
在第二主实施例中，优点在于控制系统在游丝的两个电极之间产生感应电压，这使得易于对机械振荡器的振动或周期进行计数并因此检测钟表操作中的时间漂移。在这种情况下，控制脉冲仅在分开的时间并且仅在检测到一定的时间漂移时根据该时间漂移是正还是负而以区分的方式施加，以校正时间漂移。
附图说明
下面将参考作为非限制性示例给出的附图更详细地描述本发明，在附图中：
-已经描述的图1示出了现有技术的钟表，其包括由摆轮和压电游丝形成的机械谐振器以及连接到压电游丝的两个电极的电子控制电路。
-图2是图1的压电游丝的一部分的放大图。
-图3部分地示出了图1的钟表控制装置的电气图。
-图4示出了作为在压电游丝的两个电极之间施加的可变电容的函数的前述附图的钟表的每日时间误差。
-图5示出了在以各种触发频率周期性施加控制脉冲期间机械谐振器的振荡频率的演变，这些控制脉冲的频率大约等于钟表的机械振荡器的期望频率的两倍。
-图6示出了结合在根据本发明的钟表的第一主实施例的一个变型中的控制装置的电气图。
-图7示出了结合在第一主实施例的一个优选变型中的控制装置的电气图。
-图8示出了结合在根据本发明的钟表的第二主实施例的一个变型中的控制装置的电气图。
-图9示出了作为机械谐振器的角位置的函数的、压电游丝的两个电极之间的感应电压，以及为了比较机械谐振器的振荡周期而由磁滞比较器提供的信号的曲线图。
-图10是形成根据本发明的钟表的机械谐振器的压电游丝的一个优选实施例的截面图。
具体实施方式
与上述现有技术钟表一样，根据本发明的钟表包括机械钟表机芯，该机械钟表机芯设置有机械振荡器，该机械振荡器由例如如图1和图2所示的摆轮和压电游丝形成，并且设置成为钟表机芯的运行计时，其中该机械振荡器具有预定的期望频率F0c。游丝至少部分地由压电材料形成，并且包括至少两个电极20、22，这些电极20、22设置成能够在它们之间具有当压电材料在机械振荡器的振荡期间承受机械应力时由压电材料感应的电压。该钟表还包括控制装置，该控制装置设置成能够控制机械振荡器的平均频率并且包括辅助时基，该辅助时基由辅助电子振荡器形成并提供基准频率信号。游丝的两个电极与控制装置电连接，该控制装置设置成能够改变控制系统的阻抗，该控制系统由压电材料、两个电极和控制装置形成，
根据本发明，控制装置设置成能够瞬时改变由控制装置在游丝的两个电极之间产生的电阻，以便至少有时产生不同并且各自具有一定的持续时间TP的控制脉冲，每个控制脉冲包括控制系统的电阻(即上述电阻)相对于标称电阻的瞬时降低，所述标称电阻在控制脉冲之外由控制装置在两个电极之间产生。通常，控制装置设置成能够在这些时间(或称为“时间段”)中的每一个期间至少有时施加多个控制脉冲，使得每多个控制脉冲之中任何两个连续的控制脉冲在其起点之间具有时间距离DT，其等于数值N乘以对于每个所述时间确定的控制周期Treg的一半，即数学关系为DT＝N·Treg/2，其中N是大于零的正整数。选择控制周期Treg和数值N，以允许机械振荡器在每个所述时间期间与控制频率Freg＝1/Treg同步，如下面将详细说明的。控制装置设置成借助于基准时基确定每个所述控制脉冲的起点，以便满足上述时间距离DT与控制周期Treg之间的数学关系，从而确定控制频率。
在一个有利的变型中，对于每个所述时间，时间距离DT等于奇数2M-1乘以对每个所述时间确定的控制周期Treg的一半，即数学关系为DT＝(2M–1)·Treg/2，其中M是大于零的正整数。在上述一般变型中在上述数值N的可能值中选择奇数的该变型是有利的，因为根据发明人的观察，选择奇数与对数值N使用偶数相比产生更高的控制效率。
优选地，在发生多个控制脉冲的每个时间期间，控制装置设置成周期性地施加控制脉冲，控制脉冲针对该一般变型具有触发频率FD(N)＝2·Freg/N，并且针对上述有利变型具有触发频率FD(M)＝2·Freg/(2M–1)。
在导致本发明的发展的背景下，发明人揭示了与由摆轮和压电游丝形成的机械振荡器相关的非常显著的物理现象；根据本发明，这种物理现象使得可以借助于电子控制装置来调节结合在机械机芯中的机械振荡器的平均频率，如上所述。接下来，发明人基于该物理现象定义了两种类型的控制，其分别在两个主实施例中实现，这将在下面详细描述。为了解释这种物理现象，图5示出了配备有上述类型的压电游丝的机械振荡器的行为特性，对所述压电游丝周期性地施加短的短路脉冲，例如小于期望周期T0c的十分之一(在所示的情况下，短路脉冲的持续时间为10ms，即期望周期T0c＝200ms的二十分之一)，机械振荡器和结合该机械振荡器的机械机芯被设计成基本上以期望频率F0c(定义为等于期望周期的倒数)工作。
在图5所示的示例中，机械振荡器的固有频率F0恰好等于其期望频率F0c＝5Hz，并且除了恰好等于固有频率的两倍并因此等于期望频率的两倍的触发频率FD的特定情况之外，在此以接近期望频率但不同的触发频率FD(即FD≈2·F0c)施加形成根据本发明的控制脉冲的短路脉冲。各种曲线示出了在施加多个周期性短路脉冲的时间期间机械振荡器的频率针对各种触发频率的时间演变(在上述触发频率FD(N)或FD(M)的公式中N＝M＝1)。获得以下结果：
-曲线CF0对应于短路脉冲触发频率FD0＝10.00Hz，并且观察到振荡频率稳定在期望频率FS0＝F0c＝5.00Hz；
-曲线CF1和CF2对应于高于FD0的短路脉冲触发频率，即分别为FD1＝10.03Hz和FD2＝10.08Hz，并且观察到在每个短路脉冲施加时间开始时发生的过渡阶段之后，振荡频率分别与同步频率FS1＝5.015Hz和FS2＝5.04Hz同步；和
-曲线CF3、CF4和CF5对应于低于FD0的短路脉冲触发频率，也就是说，分别为FD3＝9.96Hz、FD4＝9.94Hz和FD5＝9.88Hz，并且观察到振荡频率在每个短路脉冲施加时间开始时发生的过渡阶段之后，分别与同步频率FS3＝4.98Hz和FS5＝4.94Hz同步。
值得注意的是，对于分别等于上述触发频率FDX(X＝1到5)除以奇数2M-1(其中M是大于零的正整数)的短路脉冲触发频率，获得相同的同步频率，只要同步频率与机械振荡器的固有频率/期望频率之间的比率介于(K-1)/K和(K+1)/K之间，其中K>40·(2M–1)。通过除以偶数2M和K与M之间的类似条件得到了类似的结果，但先验地看来，在后一种情况下，同步不像奇数那样有效地建立，因为短路脉冲的效果较差。
根据前面的观察和考虑，我们推断，如上所述，通过以接近其固有频率但与该固有频率不同的频率在该游丝的两个电极之间周期性地施加短路脉冲，可以使具有压电游丝的机械振荡器同步。
因此，如果固有频率以通常的方式偏离期望频率，即每天偏离一秒到约十五秒，则通过完全开环控制，容易通过以适当选择的触发频率连续施加如上所述的不同控制脉冲来使机械振荡器的频率与期望频率同步。这种应用是第一主实施例的主题。通过使用当机械谐振器振荡时在游丝电极之间感应的电压，可以很容易地对振荡周期进行计数并确定时间漂移，特别是检测何时达到一定的正时间漂移或负时间漂移，然后在一定的校正时间内，可以以适当选择的触发频率如上所述施加多个不同的控制脉冲，以使机械振荡器的振荡在与期望频率不同、但选择为充分接近期望频率的校正频率下同步，从而允许同步，并因此校正检测到的时间漂移。可以被认为是半开放或半闭合环的这种应用是第二主实施例的主题。
图6示出了第一主实施例的第一变型的电气图。形成整个控制装置52的电子电路非常简单。石英谐振器44由时钟电路42激励，其中时钟电路42借助于本领域技术人员已知的抑制电路以石英频率FQ，优选地以设定为32.768Hz的频率，或以频率FQ的分数——如FQ/4，并且优选地以设定频率的分数，提供基准信号SRef。基准信号SRef被提供给分频器64，分频器64将控制信号Scom输出到计时器58，计时器58响应于控制信号以由控制信号施加的频率将短路信号Scc提供给设置在压电游丝8(在图6中示意性地示出)的两个电极20、22之间的开关60。该过程在连续时间窗口中不间断地发生，只要控制装置工作，即只要它通电，该连续时间窗口就会持续。
压电游丝8至少部分地由压电材料和至少两个电极20、22(参见图2和10)形成，所述电极设置成当压电材料在机械振荡器(参见图9)的振荡期间受到机械应力时在所述电极之间形成由压电材料感应的电压U(t)。
控制信号Scom是在一般变型中具有触发频率FD(N)＝2·F0c/N的基准信号，其中数值N是大于零的整数，其被选择为使得，对于机械振荡器工作时的最大漂移频率与期望频率F0c——该期望频率F0c介于(K-1)/K和(K+1)/K之间——之间的比率，该数值N小于K/40，即N<K/40。在一个有利的变型中，控制信号Scom是具有触发频率FD(M)＝2·F0c/(2M–1)的频率信号，数值M是大于零的整数，其被选择为使得，对于机械振荡器工作时的最大漂移频率与介于(K-1)/K与(K+1)/K之间的期望频率F0c之间的比率，2M-1小于K/40，即2M-1＜K/40。优选地，数值N和M是恒定的并且针对连续时间窗口预定义，在所述连续时间窗口期间施加定义控制脉冲的短路脉冲。
在控制信号的每个脉冲期间，计时器58在时间间隔TR期间闭合开关60(开关接通并因此导通)，使得每个短路脉冲具有持续时间TR，其优选地小于期望周期T0c的四分之一。在一个有利的变型中，控制脉冲的持续时间小于或基本上等于期望周期T0c的十分之一。因此，在上述时间窗口期间，在激活控制装置期间的任何过渡阶段之后，获得机械振荡器的频率与期望频率F0c的连续同步。
图7表示与上述控制装置相同的控制装置的电子图，该控制装置与电源电路66组合，电源电路66由作用于当机械振荡器振荡时在游丝8的两个电极20、22之间感应的电压U(t)的整流器68形成，并且设置成为控制装置62供电，整流电压存储在存储电容器CAL中，使得控制装置和电源电路形成自主单元。在一有利的变型中，该自主单元由其所固定的摆轮4(见图1)承载。
图8示出了第二主实施例的一个有利变型的电子图。该钟表包括由电子控制电路62a和辅助时基形成的控制装置62，辅助时基包括辅助振荡器，并且向电子控制电路提供基准信号SRef。该时基包括例如石英谐振器44和时钟电路42，其将参考第一主实施例描述的基准信号SRef提供给具有至少两级DIV1和DIV2的分频器，该分频器包含在电路62a中。压电游丝8类似于在第一主实施例中描述的压电游丝，且其两个电极20、22电连接到电子控制电路62a。
电子控制电路包括用于测量与机械振荡器的期望频率相比钟表机芯的运行/操作中的任何时间漂移的装置，所述时间漂移通过辅助时基42、44确定。测量装置由磁滞比较器54构成，磁滞比较器54的两个输入端连接到压电游丝8的两个电极20、22。应注意，在所示的示例中，电极20经由控制装置的质量电连接到比较器54的输入端。磁滞比较器提供数字信号“Comp”(参见图9)，其逻辑状态恰好在机械振荡器每次通过其中性位置(等于零的角位置θ(t))之后并因此在形成该机械振荡器的机械谐振器每次过零之后改变。由压电游丝产生的感应电压U(t)在机械谐振器通过其中性位置(角位置“零”)期间为零，而对于在两个电极之间施加的给定负载，当机械谐振器位于其两个极限位置(分别在中性位置的两侧限定机械振荡器的振幅)中的一个或另一个时，感应电压U(t)最大，如图9所示。
信号“Comp”被提供给形成测量装置的双向计数器CB的第一输入端“Up”。因此，双向计数器在机械振荡器的每个振荡周期(特别是在信号的每个上升沿)递增一个单位。因此，它连续地接收机械振荡器的瞬时振荡频率的测量值。双向计数器在其第二输入端“Down”接收由分频器DIV1和DIV2提供的时钟信号Shor，该时钟信号对应于由辅助时基的辅助振荡器确定的机械振荡器的期望频率F0c。因此，双向计数器向控制逻辑电路56提供信号SDT，其对应于机械振荡器的振荡频率与期望频率之间随时间的累积误差，该累积误差限定了机械振荡器相对于辅助振荡器的时间漂移。
接下来，控制装置62包括由晶体管形成并且设置在游丝8的两个电极20、22之间的开关60，该开关由控制逻辑电路56控制，控制逻辑电路56设置成能够经由计时器58瞬时闭合开关，使得其在控制脉冲期间接通/导通，控制脉冲然后限定短路脉冲。控制电路选择性地向计时器58提供控制信号Scom，计时器58响应于该控制信号通过向其施加信号SCC而瞬时闭合晶体管60。更准确地说，控制电路通过启动或重置计时器(“Timer”)来确定每个短路脉冲的开始时间，计时器立即接通晶体管60/使晶体管60导通(开关闭合)，计时器确定每个短路脉冲的持续时间TR。在每个短路脉冲结束时，计时器再次打开开关，使晶体管60切断，即它再次变为非导通。在一个一般变型中，控制脉冲各自具有小于期望周期T0c的四分之一的持续时间，该期望周期等于机械振荡器的所述期望频率的倒数。在一优选变型中，控制脉冲的持续时间小于或基本上等于期望周期的十分之一。
电子电路62a还包括用于如上所述的控制装置的电源电路66。
下面阐述由控制装置62执行并在控制逻辑电路56中实现的根据第二主实施例的控制方法。控制逻辑电路设置成能够判定由测量装置测定的时间漂移是否对应于至少一定的增益(CB>N1)或至少一定的损耗(CB<-N2)，其中N1和N2是正整数。控制装置，特别是其控制逻辑电路，设置成在所提供的每个不同的校正时间之前，根据是否检测到至少一定的正时间漂移或负时间漂移，为如上定义的控制周期Treg选择大于期望周期T0c的校正周期Tcor1或小于期望周期的第二校正周期Tcor2，每个校正时间设置有足够的持续时间以建立同步阶段，其中机械振荡器的频率当在相关的时间之前检测到所述至少一个一定的正时间漂移时与第一校正频率Fcor1＝1/Tcor1同步，或者当在有关的时间之前检测到所述至少一个一定的负时间漂移时与第二校正频率Fcor2＝1/Tcor2同步，以便校正检测到的时间漂移。
在一个有利的变型中，控制逻辑电路56设置成使得每个不同校正时间中的两个短路脉冲之间的时间距离DT等于奇数2M-1乘以对每个所述校正时间确定的控制周期Treg的一半，也就是说数学关系为DT＝(2M–1)·Treg/2，其中M是大于零的正整数，控制周期Treg和数M被选择为允许机械振荡器在每个校正时间期间与控制频率Freg＝1/Treg同步。
在一特定变型中，当由控制逻辑电路56检测到所述至少一个一定的正时间漂移或负时间漂移时，控制装置62设置成在下一个校正时间期间周期性地施加相应的多个控制脉冲，所述控制脉冲分别具有第一触发频率FINF＝2·Fcor1/N或第二触发频率FSUP＝2·Fcor2/N。数值N优选地在每个校正时间期间是恒定的，并且在相关的下一个校正时间之前预先确定或确定。
为了在每个校正时间期间确保期望的同步，有利地规定，对于发生第一触发频率FINF的每个校正时间，第一触发频率FINF高于第一极限频率FL1(N,K)＝[(K-1)/K]·2·F0c/N，其中K>40·N，并且对于发生第二触发频率的每个校正时间，第二触发频率低于第二极限频率FL2(N,K)＝[(K+1)/K]·2·F0c/N，其中K>40·N。
在一具体变型中，整数值N在初始阶段中比在每个校正时间的最终阶段中低，以便最佳地缩短初始过渡阶段。
在一优选变型中，当控制逻辑电路56检测到所述至少一个正时间漂移或负时间漂移时，控制装置62设置成在下一个校正时间期间周期性地施加相应的多个控制脉冲，其分别具有第一触发频率FINF＝2·Fcor1/(2M–1)或第二触发频率FSUP＝2·Fcor2/(2M–1)。特别地，数值M在每个校正时间期间是恒定的，并且在相关的下一个校正时间之前预先确定或确定。
为了在每个校正时间期间确保期望的同步，有利地规定，对于发生第一触发频率FINF的每个校正时间，第一触发频率FINF高于第一极限频率FL1(M,K)＝[(K-1)/K]·2·F0c/(2M–1)，其中K>40·(2M-1)，而对于发生第二触发频率FSUP的每个校正时间，第二触发频率FSUP低于第二极限频率FL2(M,K)＝[(K+1)/K]·2·F0c/(2M–1)，其中K>40·(2M–1)。
在一特定变型中，为了最佳地缩短每个校正时间中的初始过渡阶段，设想针对相关校正时间提供的多个控制脉冲中的第一控制脉冲的开始相对于机械振荡器的角位置来确定。为此，还向控制逻辑电路56提供信号“Comp”。在该特定变型中，第一控制脉冲由信号“Comp”的上升沿或下降沿触发。
参照图10，将描述根据本发明的钟表的压电游丝70的一个优选实施例。以横截面示出的该游丝70包括中心硅体72、沉积在中心硅体表面以用于游丝的温度补偿的氧化硅层74、沉积在氧化硅层上的导电层76以及以压电层78的形式沉积在导电层76上的压电材料。两个电极20a和22a分别在游丝的两个侧面/横向侧上布置在压电层78上(两个电极可以部分地覆盖游丝的上下两侧，但不接合)。
在图10所示的特定变型中，分别在中心硅体72的两个横向侧上延伸的压电层的第一部分80a和第二部分80b通过它们从导电层76的生长而具有相应的晶体结构，所述晶体结构关于与这两个横向侧平行的中间平面84对称。因此，在两个横向部分80a和80b中，压电层具有两个相同的压电轴线82a、82b，它们垂直于压电层并具有相反的方向。因此，对于相同的机械应力，在内部电极与两个外部横向电极中的每一个之间存在感应电压的符号的反转。因此，当游丝从其休止位置收缩或膨胀时，在第一和第二部分80a和80b之间存在机械应力的反转，即这些部分中的一个受到压缩而另一个受到牵引，反之亦然。最后，作为这些考虑的结果，第一和第二部分中的感应电压在垂直于两个横向侧的轴线上具有相同的极性，使得导电层76可以形成从中心硅体72的两个横向侧延伸的单个相同的内部电极，该内部电极自身不具有与控制装置的电连接。在一特定变型中，压电层由氮化铝晶体组成，该氮化铝晶体由从导电层76(内部电极)生长并与其垂直的晶体形成。

Claims (20)

1.一种包括机械机芯的钟表，所述机械机芯设置有由摆轮(4)和游丝(8；70)形成的机械振荡器，所述机械振荡器具有预定的期望频率F0c并且设置成对所述机械机芯的运行进行计时，所述钟表还包括控制装置(52，62)，所述控制装置(52，62)设置成能够控制所述机械振荡器的平均频率并且包括辅助时基(42，44)，所述辅助时基(42，44)由辅助电子振荡器形成并提供基准信号(SRef)，所述游丝至少部分地由压电材料和至少两个电极(20，22；20a，22a)形成，所述电极设置成当所述压电材料在所述机械振荡器的振荡期间受到机械应力时能够在所述电极之间具有由所述压电材料感应的电压U(t)，所述两个电极电连接到所述控制装置，所述控制装置设置成能够改变由所述压电材料、所述至少两个电极和所述控制装置形成的控制系统的阻抗；其特征在于，所述控制装置(62)设置成能够瞬时地改变由所述控制装置在所述两个电极之间产生的电阻，以便至少在某些时间段产生不同并且各自都具有一定的持续时间(TP)的控制脉冲，每个控制脉冲包括所述电阻相对于标称电阻的瞬时减小，所述标称电阻由所述控制装置在不同的所述控制脉冲之外在所述两个电极之间产生，所述控制装置设置成能够在每个所述时间段期间施加多个所述控制脉冲，使得在每多个控制脉冲之中的任何两个连续控制脉冲的起点之间，存在等于数值N乘以针对每个所述时间段确定的控制周期Treg的一半的时间距离DT，即数学关系为DT＝N·Treg/2，其中N是大于零的正整数，所述控制周期Treg和数值N被选择为允许所述机械振荡器在每个所述时间段期间与控制频率Freg＝1/Treg同步，所述控制装置设置成借助于基准时基确定每个所述控制脉冲的起点，以便满足所述时间距离与所述控制周期之间的所述数学关系，并因此确定控制频率。
2.根据权利要求1所述的钟表，其特征在于，所述钟表还包括用于测量在所述机械振荡器运行中相对于其期望频率F0c的时间漂移的装置(54，CB)，并且所述控制装置(62)设置成在所述时间段之前，根据所述控制装置是否检测到至少一定的正时间漂移或负时间漂移，为所述控制周期Treg分别选择大于期望周期T0c的第一校正周期Tcor1或小于所述期望周期的第二校正周期Tcor2，所述期望周期T0c等于期望频率的倒数，每个所述时间段被提供足够的持续时间以建立同步阶段，在所述同步阶段中，所述机械振荡器的频率当在相关时间段之前检测到所述至少一个一定的正时间漂移时以第一校正频率Fcor1＝1/Tcor1同步，或者当在相关时间段之前检测到所述至少一个一定的负时间漂移时以第二校正频率Fcor2＝1/Tcor2同步。
3.根据权利要求2所述的钟表，其特征在于，所述时间距离DT等于奇数2M-1乘以针对每个所述时间段确定的控制周期Treg的一半，即，数学关系为DT＝(2M–1)·Treg/2，M是大于零的正整数，所述控制周期Treg和所述数值M被选择为允许所述机械振荡器在每个所述时间段与控制频率Freg＝1/Treg同步。
4.根据权利要求2所述的钟表，其特征在于，当检测到所述至少一个一定的正时间漂移或负时间漂移时，所述控制装置(62)设置成在所述时间段中的下一个时间段周期性地施加相应的多个控制脉冲，所述多个控制脉冲分别具有第一触发频率FINF＝2·Fcor1/N或第二触发频率FSUP＝2·Fcor2/N，数值N在每个所述时间段是恒定的并且在下一个相关时间段之前预先确定或确定。
5.根据权利要求3所述的钟表，其特征在于，当检测到所述至少一个一定的正时间漂移或负时间漂移时，所述控制装置(62)设置成在所述时间段中的下一个时间段期间周期性地施加相应的多个控制脉冲，所述多个控制脉冲分别具有第一触发频率FINF＝2·Fcor1/(2M–1)或第二触发频率FSUP＝2·Fcor2/(2M–1)，数M在每个所述时间段期间是恒定的并且在下一个有关时间段之前预先确定或确定。
6.根据权利要求4所述的钟表，其特征在于，对于发生第一触发频率FINF的每个所述时间段，第一触发频率FINF高于第一极限频率FL1(N,K)＝[(K-1)/K]·2·F0c/N，其中K>40·N，并且对于发生所述第二触发频率FINF的每个所述时间段，所述第二触发频率FINF低于第二极限频率FL2(N,K)＝[(K+1)K]·2·F0c/N，其中K>40·N。
7.根据权利要求5所述的钟表，其特征在于，对于发生所述第一触发频率FINF的每个所述时间段，第一触发频率FINF高于第一极限频率FL1(M,K)＝[(K-1)/K]·2·F0c/(2M–1)，其中K>40·(2M-1)，并且对于发生所述第二触发频率FSUP的每个所述时间段，所述第二触发频率FSUP低于第二极限频率FL2(M,K)＝[(K+1)/K]·2·F0c/(2M–1)，其中K>40·(2M–1)。
8.根据权利要求1所述的钟表，其特征在于，所述时间段是连续的并且共同形成一连续时间窗口；并且所述控制装置(52)设置成在所述连续时间窗口期间施加所述控制脉冲，使得在所述连续时间窗口中发生的任何两个相继的控制脉冲在其起点之间具有所述时间距离DT，其中所述控制周期Treg等于期望周期T0c，所述期望周期T0c是所述期望频率F0c的倒数，以便在任何初始过渡阶段之后在所述连续时间窗口期间连续地使所述机械振荡器的频率以所述期望频率F0c同步。
9.根据权利要求8所述的钟表，其特征在于，所述时间距离DT等于奇数2M-1乘以所述期望周期T0c的一半，即，数学关系为DT＝(2M–1)·T0c/2，M是大于零的正整数，数值M被选择为允许在任何初始过渡阶段之后的连续时间窗口期间所述机械振荡器以期望频率F0c＝1/T0c同步。
10.根据权利要求8所述的钟表，其特征在于，所述控制装置(52)设置成在所述连续时间窗口期间周期性地施加具有触发频率FD(N)＝2·F0c/N的控制脉冲，所述数值N被选择为使得，对于所述机械振荡器运行中的最大漂移频率与期望频率之间的比率，该数值N<K/40，其中所述期望频率介于(K-1)/K与(K+1)/K之间。
11.根据权利要求9所述的钟表，其特征在于，所述控制装置(52)设置成在所述连续时间窗口期间周期性地施加具有触发频率FD(N)＝2·F0c/(2M–1)的控制脉冲，所述数值M被选择为使得对于所述机械振荡器的工作中的最大漂移频率与期望频率之间的比率，2M-1<K/40，其中所述期望频率介于(K-1)/K与(K+1)/K之间。
12.根据权利要求10所述的钟表，其特征在于，所述数值N是恒定的并且针对所述连续时间窗口预先限定。
13.根据权利要求11所述的钟表，其特征在于，所述数值M是恒定的并且针对所述连续时间窗口预先限定。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的钟表，其特征在于，所述控制脉冲各自具有小于期望周期T0c的四分之一的持续时间(TR)。
15.根据权利要求2至13中任一项所述的钟表，其特征在于，所述控制脉冲的持续时间(TR)小于或等于期望周期T0c的十分之一。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的钟表，其特征在于，所述控制装置(52，62)包括布置在压电游丝的两个电极(20，22)之间的开关(60)，所述开关由控制电路(56，64)控制，所述控制电路设置成在所述控制脉冲期间瞬时闭合所述开关以接通所述开关/使所述开关导通，这些控制脉冲又限定短路脉冲。
17.根据权利要求1至13中任一项所述的钟表，其特征在于，所述游丝(70)包括中心硅体(72)、沉积在所述中心硅体的表面上以用于所述游丝的温度补偿的氧化硅层(74)、沉积在所述氧化硅层上的导电层(76)、以及以压电层(78)的形式沉积在所述导电层上的所述压电材料，所述两个电极(20a，20b)分别在所述游丝的两个横向侧上布置在所述压电层上。
18.根据权利要求17所述的钟表，其特征在于，所述压电层的第一部分(80a)和第二部分(80b)分别在所述中心硅体(72)的两个横向侧上延伸，所述第一部分(80a)和第二部分(80b)具有相对于与所述两个横向侧平行的中间平面(84)对称的相应晶体结构；并且所述导电层(76)形成单个相同的内部电极，该内部电极在所述中心硅体的两个横向侧上延伸，所述内部电极本身不与所述控制装置电连接。
19.根据权利要求18所述的钟表，其特征在于，所述压电层(78)由氮化铝晶体组成，所述氮化铝晶体由垂直于所述导电层(76)并从所述导电层开始的晶体生长形成。
20.根据权利要求1至13中任一项所述的钟表，其特征在于，所述控制装置包括电源电路(66)或与电源电路(66)结合，所述电源电路由在所述机械振荡器振荡时在压电游丝的所述两个电极之间感应的电压U(t)的整流器(68)形成并且设置成为控制装置供电，从而使得所述控制装置和所述电源电路形成自主单元；所述自主单元由该自主单元固定至其的摆轮承载。
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