DE2101634B2

DE2101634B2 - PIEZOELECTRIC RESONATOR

Info

Publication number: DE2101634B2
Application number: DE19712101634
Authority: DE
Inventors: Saint Blaise Choffat. Hubert (Schweiz)
Original assignee: Centre Electronique Horloger S A , Neuenburg (Schweiz)
Priority date: 1970-01-14
Filing date: 1971-01-14
Publication date: 1972-12-07
Also published as: CA933648A; US3678309A; AT341577B; GB1328334A; DE2101634A1; BE760221A; CH506916A; ATA26471A; FR2075139A5; NL7100329A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Resonator, welcher einen als Bicgcschwinger zweiter Ordnung arbeitenden Kristallstab und eine im Bereich der Schwingungsknotenachsen vorgeschene Aufhängung mit Begrenzungseinrichtung aufweist. The invention relates to a piezoelectric resonator, which is used as a Bicgcschwinger second order working crystal rod and a previous one in the area of the oscillation node axes Has suspension with limiting device.

Bekannte piezoelektrische Resonatoren dieser Art (österreichische Patentschrift 276 483) weisen eine Aufhängung auf, die den Kriitalls'ab an zwei Knotenpunkten aufhängt. Da sich der Abstand zwischen den beiden Kp.otemichsen bei der hervorgerufenen Biegeschwingung dauernd ändert und die Aufhängungen eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen müssen, entstehen während des Schwingungsvorganges mechanische Spannungen im Kristall, wodurch die Eigenfrequenz des Kristalls gestört und die Amplitude der Schwingbewegung, gedämpft wird. Weiterhin ändern sich die durch die Aufhängungen auf den Kristall ausgeübten Beanspruchungen mit auf die Aufhängung bzw. das Gehäuse des Resonators wirkende Umgebungsbedingungen* wie beispielsweise Temperaturschwankungen. Hierdurch wird die Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz des Kristallstabes weiter vergrößert.Known piezoelectric resonators of this type (Austrian patent specification 276 483) have a Suspension on which the Kriitalls'ab at two nodes hangs up. Since the distance between the two Kp.otemichsen in the evoked Bending vibration changes continuously and the suspensions have sufficient mechanical strength must have, mechanical stresses arise in the crystal during the oscillation process, whereby the natural frequency of the crystal is disturbed and the amplitude of the oscillating movement is dampened will. Furthermore, the stresses exerted on the crystal by the suspensions change with ambient conditions acting on the suspension or the housing of the resonator * such as for example temperature fluctuations. This makes the temperature dependence of the natural frequency of the crystal rod further enlarged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Resonator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die durch die Aufhängung hervorgerufene Dämpfung der Eigenschwingung des Kristallstabes wesentlich verringert wird und bei dem der Einfluß der Aufhängung auf die Eigenfrequenz des Kristallstabcs zu vernachlässigen ist.The invention has for its object to be a To create a piezoelectric resonator of the type mentioned, in which the suspension caused damping of the natural oscillation of the crystal rod is significantly reduced and in which the influence of the suspension on the natural frequency of the crystal rod is negligible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kristallstab beiderseits an im Bereich seiner mittleren Knotenachse befestigten Fedcrorgünen aufgehängt und je eine Begrenzungseinrichtung im Bereich jeder der an den Enden des Kristallstabcs gelegenen Knotenachsen vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that the crystal rod on both sides in the area Fedcrorgünen attached to its central node axis and each with a limiting device is provided in the area of each of the nodal axes located at the ends of the crystal rod.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des piezoelektrischen Resonators wird der Änderung des Knotcnpunktabstandes des Kristallstabes durch die Aufhängung kein Widerstand entgegengesetzt, so daß der Kristall frei und ungedämpft schwingen kaiiii. Bei einer starken Beschleunigung oder einem Stoß kommt der Kristall direkt in Berührung mit einer oder beiden der an an den Enden des KnUaIlptabcs gelegenen Knotenachsen vorgesehenen Beurenzungseinrichtungen. Hierdurch wird eine Belastung der Lötstellen der Aufhängung mit dem Kristallstab bei einer sehr starken mechanischen Belastung auf den Resonator, wie es bei bekannten Resonatoren der Fall ist, vermieden. Dadurch, daß der erfindungsgemäße Resonator nur noch zwei Lötstellen aufweist statt vier, wie es bei bekannten Resonatoren der Fall ist, werden die Störungen der Eigenfrequenz des Kristallstabes und die Dämpfungen der Amplitude durch diese Lötstellen weiter verringert. Due to the inventive design of the piezoelectric resonator, the change in the node distance of the crystal rod is not opposed by the suspension so that the crystal can vibrate freely and undamped. In the event of a strong acceleration or a shock, the crystal comes into direct contact with one or both of the delimitation devices provided on the nodal axes located at the ends of the KnUaIlptabcs. This avoids loading the solder points of the suspension with the crystal rod when there is a very strong mechanical load on the resonator, as is the case with known resonators. Because the resonator according to the invention only has two soldered points instead of four, as is the case with known resonators, the disturbances of the natural frequency of the crystal rod and the attenuation of the amplitude by these soldered points are further reduced.

Ein Ausführungsbeispiel des piezoelektrischen Resonators wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the piezoelectric resonator is explained in more detail below with reference to the drawing.

Der in der Zeichnung dargestellte Resonator weist einen Kristallstab 1 auf, dessen Schwingstillung mit durchgezogenen und dessen Ruhestellung mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Kristallstab 1 schwingt als Λ'-y-Biegeschwinger zweiter Ordnung. Es bi'den sich während der Schwingung ein mittlerer Knotenpunkt und zwei seitliche Knotenpunkte 3 und 4 aus. Die zwei seitlichen Knotenpunkte 3 und 4 sind in Wirklichkeit Scheinknotenpunkte, da sie sich selbstverständlich während der Schwingung längs der y-Achse leicht bewegen. Trotzdem werden in der nachstehenden Beschreibung diese Scheinknotenpunkte als Knotenpunkte bezeichnet. Der piezoelektrische Kristallstab 1 ist von einer aus zwei umgekehrt L-fürmigeri Federorganen6 und? bestehenden Aufhängevorrichtung getragen. Beide Federorganc 6 und? sind einerseits atf d-r dem mittleren Knotenpunkt entsprechenden Querachse am Rande des piezoelektrischen Kristallstabes 1 und anderer ,eits an einer Wand 8 eines den Kristallstab 1 enthaltenden, nicht dargestellten, beispielsweise vnkuumdichtcn Gehäuses befestigt. The resonator shown in the drawing has a crystal rod 1, the oscillation arrest of which is shown with solid lines and its rest position with dashed lines. The crystal rod 1 vibrates as a Λ'-y flexural oscillator of the second order. During the oscillation, a central node and two lateral nodes 3 and 4 are formed. The two lateral nodes 3 and 4 are in reality dummy nodes, since they of course move slightly along the y-axis during the oscillation. Nevertheless, in the description below, these dummy nodes are referred to as nodes. The piezoelectric crystal rod 1 is one of two inverted L-shaped spring organs6 and? existing hanging device worn. Both spring organs 6 and? are on the one hand atf dr the central node corresponding transverse axis on the edge of the piezoelectric crystal rod 1 and on the other, already attached to a wall 8 of a housing containing the crystal rod 1, not shown, for example vacuum-tight.

Die Aufhängevorrichtung weist ferner zwei rahrnenförmige Begrenzungseinrichtungen II und 12 auf, die über eine Stange 13 bzw. 14 an der Wand 8 befestigt sind. Beide Begrenzungseinric.htungon 11 und 12 sind je auf einem Knotenpunkt 3 bzw. 4 gegenüberstehend angeordnet.The suspension device also has two ring-shaped delimitation devices II and 12 which are attached to the wall 8 via a rod 13 and 14, respectively. Both limiting devices on 11 and 12 are each arranged opposite one another on a node 3 or 4.

Im Falle einer geringen Beschleunigung der Wand 8 werden nur die umgekehrt L-'örm'ncn Federorgane 6 und 7 beansprucht, da die Beschleunigung nicht stark genug ist um den Kristallstab mit den Begrenzungseinrichtungen 11 und 12 in Berührung zu bringen. Bei einer größeren Beschleunigung können die Begrenzungseinrichtungen 11 und 12 wirksam werden.In the case of a slight acceleration of the wall 8, only the reversely L-shaped spring elements are used 6 and 7 because the acceleration is not strong enough around the crystal rod with the limiting devices 11 and 12 in contact. In the event of a greater acceleration, the limiting devices 11 and 12 can be effective will.

Die Begrenzungseinrichtungen 11, 12 können aus eirem deformierbaren Material, z. B. aus Kunststoff, bestehen, wobei sie alf Stoßdämpfer wirken, oder sie können aus einem starren Material bestehen, wobei sie lediglich die Biegeainplitudc der L-Rrmigen Federorgane 6,7 begrenzen.The limiting devices 11, 12 can be made of a deformable material, e.g. B. made of plastic, exist, whereby they act as shock absorbers, or they can consist of a rigid material, whereby they only the Biegeainplitudc the L-shaped Limit spring members 6.7.

Die Begrenzungseinrichtungen 11 und 12 berühren bei einer starken Beschleunigung Bereiche des Kristallstabes 1, an denen die Amplitude dieses Kristall Stabes minimal ist. Die Wirkung dieser Begrenzungseinrichtungen 11 und 12 auf die Frequenz und die Amplitude der Schwingung des Kristallstabes 1 ist daher ebenfalls auf ein Minimum beschränkt.The limiting devices 11 and 12 touch areas of the crystal rod in the event of strong acceleration 1, at which the amplitude of this crystal rod is minimal. The effect of these limiting devices 11 and 12 on the frequency and the The amplitude of the oscillation of the crystal rod 1 is therefore also limited to a minimum.

Ferner erfolgt die Berührung zwischen dem Kristallstab und den Begrcnzungscinrichtungen mit einer minimalen Rclativgcschwindigkcit. so daß der resultierende Stoß ebenfalls sehr gering ist.Furthermore, the contact between the crystal rod and the limiting devices takes place with a minimal speed. so that the resulting shock is also very small.

Wenn beim Aufprall des Kristallstabes 1 auf die Begrenzungseinrichtungen auf Grund einer sehr starken Beschleunigung die mechanischen EigenschaftenIf the impact of the crystal rod 1 on the limiting devices due to a very strong Acceleration the mechanical properties

des Kristallstabes 1 örtlich geändert werden (beispielsweise durch Absplittern von Teilen des Kristallstabes), so ist die bleibende Auswirkung dieser Änderung auf die Schwingfrequenz ebenfalls sehr gering, da der Aufprall in einem Teil des Kristallstabes erfolgt, in dem die Amplitude der Schwingbewegung am kleinsten ist (Knotenpunkt). Die Schwingbewegung des Kristallstabes 1 wird während der Berührung mit den Begrenzungseinrichtungen 11 und 12 nicht gestoppt.of the crystal rod 1 are changed locally (for example by splintering parts of the crystal rod), so the lasting effect of this change on the vibration frequency is also very small, because the impact occurs in a part of the crystal rod in which the amplitude of the oscillating movement is smallest (node). The swinging motion of the crystal rod 1 is during the touch with the limiting devices 11 and 12 not stopped.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Piezoelectric resonator, which has a crystal rod working as a second-order flexural oscillator and a suspension with limiting device provided for Ln areas of the oscillation node axes, characterized in that the crystal rod (1) is suspended on both sides on spring members (6, 7) attached in the area of its central node axis and one each Limiting device (11, 12) is provided in the region of each of the node axes located at the ends of the crystal .