RU2381616C2 - Method of reducing effect of vibration action on operational characteristics of quartz crystal oscillator and vibration resistant quartz crystal oscillator - Google Patents
Method of reducing effect of vibration action on operational characteristics of quartz crystal oscillator and vibration resistant quartz crystal oscillator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381616C2 RU2381616C2 RU2008111230/09A RU2008111230A RU2381616C2 RU 2381616 C2 RU2381616 C2 RU 2381616C2 RU 2008111230/09 A RU2008111230/09 A RU 2008111230/09A RU 2008111230 A RU2008111230 A RU 2008111230A RU 2381616 C2 RU2381616 C2 RU 2381616C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quartz
- piezoelectric elements
- vibration
- crystal oscillator
- crystal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к устройствам генерирования электрических колебаний с использованием пьезоэлектрических устройств стабилизации и селекции частоты.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to devices for generating electrical oscillations using piezoelectric stabilization devices and frequency selection.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время имеют широкое распространение генераторы электрических колебаний, в которых стабилизация частоты осуществляется с использованием кварцевых резонаторов. Одним из важнейших параметров кварцевых генераторов является величина относительной спектральной плотности мощности фазовых шумов (ФШ), непосредственно влияющая на параметры оборудования, в котором используется кварцевый генератор. В частности, величина ФШ во многом определяет качество связи, дальность действия и разрешение РЛС и т.д. Хорошо известен эффект значительной деградации ФШ на величину порядка 30-50 дБ при внешних механических воздействиях. Механические воздействия могут быть ударными и вибрационными и в общем случае степень их влияния достаточно удобно оценивается с помощью широкополосной случайной вибрации (ШСВ). Можно сказать, что если обеспечено подавление вибрационного воздействия, то также обеспечивается и подавление ударного воздействия в той же полосе частот при обеспечении соответствия энергетических характеристик ударного и вибрационного воздействия. Для подавляющего большинства практических применений полоса частот ШСВ составляет 10-2000 Гц.At present, electric oscillation generators are widely used, in which frequency stabilization is carried out using quartz resonators. One of the most important parameters of crystal oscillators is the value of the relative spectral power density of phase noise (FS), which directly affects the parameters of equipment that uses a crystal oscillator. In particular, the FS value largely determines the quality of communication, range and resolution of the radar, etc. The effect of significant FS degradation by a value of the order of 30-50 dB under external mechanical stresses is well known. Mechanical effects can be shock and vibration, and in the General case, the degree of their influence is quite conveniently assessed using broadband random vibration (SHSV). It can be said that if vibration suppression is ensured, shock suppression in the same frequency band is also provided while ensuring the energy characteristics of shock and vibration influence. For the vast majority of practical applications, the SHSW frequency band is 10-2000 Hz.
Известен ряд устройств, использующих для подавления воздействия ШСВ механическое демпфирование. В них могут использоваться упругие свойства резины и других полимерных или композитных материалов, а также демпфирующие свойства тросовой подвески. Недостатками механических способов снижения влияния ШСВ являются большие размеры демпфирующих устройств, их различные демпфирующие свойства по пространственным координатам, а также недостаточное подавление ШСВ в низкочастотной области (до 100-300 Гц).A number of devices are known that use mechanical damping to suppress the effects of SHSV. They can use the elastic properties of rubber and other polymeric or composite materials, as well as the damping properties of the cable suspension. The disadvantages of mechanical methods to reduce the influence of SWS are the large size of the damping devices, their various damping properties in spatial coordinates, as well as insufficient suppression of SWS in the low-frequency region (up to 100-300 Hz).
Известны устройства, обеспечивающие подавление ШСВ в низкочастотной области путем электронной компенсации влияния вибрационных воздействий. Так, в патентном документе US 7106143 приведен способ электронной компенсации g-чувствительности (чувствительности к вибрационным воздействиям) кварцевого пьезоэлемента, входящего в состав кварцевого резонатора, с применением датчика ускорения, сигнал с которого после обработки подается на элемент управления частотой кварцевого резонатора. Недостатком данного способа является необходимость разработки достаточно сложной схемы компенсации.Known devices that suppress SHSV in the low frequency region by electronically compensating for the effects of vibration. So, in patent document US 7106143 a method of electronic compensation of g-sensitivity (sensitivity to vibration) of a quartz piezoelectric element, which is part of a quartz resonator, using an acceleration sensor, the signal from which is fed to the quartz resonator frequency control element after processing, is described. The disadvantage of this method is the need to develop a fairly complex compensation scheme.
Более простой способ компенсирования внешних механических воздействий раскрыт в патенте US 4575690. В этом документе описан способ и кварцевый генератор, содержащий два электрически последовательно включенных кварцевых резонатора, у которых кварцевые пьезоэлементы расположены таким образом, что их вектора g-чувствительности расположены антипараллельно. Эти способ и устройство являются наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.A simpler method of compensating for external mechanical influences is disclosed in US Pat. No. 4,575,690. This document describes a method and a crystal oscillator comprising two electrically connected quartz resonators in which the quartz piezoelectric elements are arranged so that their g-sensitivity vectors are antiparallel. These method and device are the closest analogue of the claimed invention.
Для осуществления способа и устройства подавления влияния вибрации на кварцевые пьезоэлементы согласно известному решению требуется определение направления максимальной чувствительности пьезоэлементов к ускорениям для того, чтобы компенсация была наиболее эффективной. Это является недостатком, поскольку усложняет осуществление способа. Кроме того, компенсация вибрационных воздействий происходит всего лишь по одному из направлений воздействия вибрации.To implement the method and device for suppressing the influence of vibration on quartz piezoelectric elements according to a known solution, it is necessary to determine the direction of the maximum sensitivity of the piezoelectric elements to accelerations in order for the compensation to be most effective. This is a disadvantage, since it complicates the implementation of the method. In addition, the compensation of vibration effects occurs in only one of the directions of vibration.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является создание способа снижения влияния вибрационных воздействий на рабочие характеристики кварцевого генератора частоты, благодаря которому компенсируется влияние вибрационных воздействий по всем направлениям воздействия вибрации, а необходимость определения направления максимальной чувствительности пьезоэлементов к ускорениям отсутствует.The objective of the present invention is to provide a method for reducing the influence of vibration effects on the performance of a quartz frequency generator, which compensates for the effect of vibration in all directions of vibration, and there is no need to determine the direction of the maximum sensitivity of piezoelectric elements to accelerations.
Другой задачей изобретения является создание кварцевого генератора, в котором обеспечивается снижение влияния вибрационных воздействий на кварцевый резонатор.Another objective of the invention is the creation of a quartz oscillator, which provides a reduction in the impact of vibration on the quartz resonator.
Первая задача настоящего изобретения решена в способе уменьшения влияния вибрационных воздействий на рабочие характеристики кварцевого генератора, содержащего, по меньшей мере, два электрически соединенных между собой кварцевых пьезоэлемента. Согласно изобретению обеспечивают, по существу, одинаковую пространственную ориентацию пьезоэлементов, а электрическое соединение кварцевых пьезоэлементов выполняют встречным.The first objective of the present invention is solved in a method of reducing the influence of vibrational effects on the performance of a crystal oscillator containing at least two quartz piezoelectric elements electrically interconnected. According to the invention, substantially the same spatial orientation of the piezoelectric elements is provided, and the electrical connection of the quartz piezoelectric elements is performed in the opposite direction.
Ориентация кварцевого пьезоэлемента в пространстве определяется по расположению в пространстве его поверхностей и кристаллографических осей. Для того чтобы кварцевые пьезоэлементы имели одинаковую ориентацию в пространстве, необходимо, чтобы их кристаллографические оси были одинаково сориентированы.The orientation of the quartz piezoelectric element in space is determined by the location in space of its surfaces and crystallographic axes. In order for quartz piezoelectric elements to have the same spatial orientation, it is necessary that their crystallographic axes are equally oriented.
Под встречным электрическим соединением понимается такое соединение, при котором соединяют электроды разных пьезоэлементов, имеющие одинаковое расположение относительно их кристаллографических осей. При этом соединены должны быть по одному электроду каждого кварцевого пьезоэлемента.By a counter electrical connection is meant such a connection in which electrodes of different piezoelectric elements are connected having the same arrangement relative to their crystallographic axes. In this case, one electrode of each quartz piezoelectric element must be connected.
Одинаковая ориентация кварцевых пьезоэлементов в пространстве обеспечивает идентичность электрических потенциалов, вызываемых вибрационными и ударными воздействиями, а благодаря встречному включению кварцевых пьезоэлементов электрические потенциалы взаимно компенсируются, выполняя таким образом компенсацию воздействия вибрации.The same orientation of the quartz piezoelectric elements in space ensures the identity of the electric potentials caused by vibration and shock, and due to the on-going inclusion of the quartz piezoelectric elements, the electric potentials are mutually compensated, thereby compensating for the effects of vibration.
Степень компенсации вибрационного воздействия зависит от идентичности кварцевых пьезоэлементов и нанесенных на них электродов, условий, в которых находятся пьезоэлементы, а также от идентичности вибрационного воздействия на пьезоэлементы. При этом можно указать следующую зависимость: чем больше различие между кварцевыми пьезоэлементами и электродами, нанесенными на пьезоэлементы, и условиями, в которых находятся пьезоэлементы, и вибрационным воздействием на пьезоэлементы, тем хуже будет компенсация вибрационного воздействия.The degree of compensation of the vibration effect depends on the identity of the quartz piezoelectric elements and the electrodes deposited on them, the conditions in which the piezoelectric elements are located, as well as on the identity of the vibration effect on the piezoelectric elements. In this case, the following dependence can be indicated: the greater the difference between the quartz piezoelectric elements and the electrodes deposited on the piezoelectric elements, and the conditions in which the piezoelectric elements are located, and the vibration effect on the piezoelectric elements, the worse the compensation of the vibration effect will be.
В предпочтительном варианте при осуществлении способа обеспечивают синфазность и равенство амплитуд вибрационных воздействий на каждый из пьезоэлементов. Для обеспечения идентичности воздействия вибрации на пьезоэлементы необходимо обеспечить одинаковое закрепление кварцевых пьезоэлементов в приборе, а расстояние между пьезоэлементами сделать минимально возможным.In a preferred embodiment, when implementing the method, in-phase and equal amplitudes of vibration effects on each of the piezoelectric elements are ensured. To ensure the identity of the effect of vibration on the piezoelectric elements, it is necessary to ensure the same fastening of the quartz piezoelectric elements in the device, and to make the distance between the piezoelectric elements as minimal as possible.
Для обеспечения глубокой компенсации вибрационного воздействия желательно, чтобы кварцевые пьезоэлементы были идентичны. В предпочтительном варианте при осуществлении способа используют кварцевые пьезоэлементы, изготовленные из одной заготовки кристалла кварца или из заготовок кристалла кварца с одинаковыми срезами и имеющие одинаковую форму и размеры.To provide deep compensation for vibration effects, it is desirable that the quartz piezoelectric elements are identical. In a preferred embodiment, the method uses quartz piezoelectric elements made of one billet of a quartz crystal or from billets of a quartz crystal with the same sections and having the same shape and size.
Вторая задача изобретения решена в кварцевом генераторе, содержащем, по меньшей мере, два корпусированных кварцевых пьезоэлемента, причем один электрод каждого из пьезоэлементов соединен с одним электродом другого пьезоэлемента. Согласно изобретению кварцевые пьезоэлементы расположены так, что имеют, по существу, одинаковую ориентацию в пространстве, а электроды кварцевых пьезоэлементов соединены встречно.The second objective of the invention is solved in a quartz oscillator containing at least two enclosed quartz piezoelectric elements, with one electrode of each of the piezoelectric elements connected to one electrode of the other piezoelectric element. According to the invention, the quartz piezoelectric elements are arranged so that they have essentially the same spatial orientation, and the electrodes of the quartz piezoelectric elements are connected in the opposite direction.
Для повышения эффективности компенсации воздействия вибрации в предпочтительном варианте кварцевый генератор снабжен средствами, обеспечивающими синфазность и равенство амплитуд вибрационных воздействий на каждый из пьезоэлементов. Такими средствами являются одинаковое закрепление кварцевых пьезоэлементов в приборе и установка их на минимально возможном расстоянии друг от друга. При неодинаковых свойствах закрепления пьезоэлементов вибрационное воздействие на кварцевые пьезоэлементы будет различным и, как следствие, эффект компенсации вибрационного воздействия будет ниже.To increase the efficiency of vibration compensation, in a preferred embodiment, the quartz oscillator is equipped with means that ensure in-phase and equal amplitudes of vibration effects on each of the piezoelectric elements. Such means are the same fastening of quartz piezoelectric elements in the device and their installation at the minimum possible distance from each other. With unequal properties of the fastening of the piezoelectric elements, the vibration effect on the quartz piezoelectric elements will be different and, as a result, the effect of compensating the vibration effect will be lower.
С увеличением расстояния между пьезоэлементами вибрационное воздействие на пьезоэлементы будет становиться все более различающимся из-за фазовых сдвигов (временных задержек), образующихся у механических колебаний при распространении в конструкции генератора. При большем расстоянии между пьезоэлементами вибрационные воздействия будут иметь большие разности в фазах (временах задержек), в результате чего суммарный эффект снижения вибрационного воздействия будет становиться меньше. При этом для низкочастотных механических колебаний (вибрации) фазовый набег по отношению к длине волны будет иметь меньшее значение, в связи с чем глубина компенсации вибрационного воздействия в низкочастотной части спектра ШСВ будет больше, чем в высокочастотной. По мере роста частоты вибрационного воздействия эффект его компенсации снижается и при некотором значении частоты, зависящем от расстояния, эффект компенсации вибрационного воздействия будет отсутствовать.With increasing distance between the piezoelectric elements, the vibrational effect on the piezoelectric elements will become more and more different due to phase shifts (time delays) generated by mechanical vibrations during propagation in the generator structure. With a greater distance between the piezoelectric elements, the vibration effects will have large differences in phases (delay times), as a result of which the total effect of reducing the vibration effect will become smaller. At the same time, for low-frequency mechanical vibrations (vibrations), the phase incursion with respect to the wavelength will be less important, and therefore, the depth of compensation of the vibration effect in the low-frequency part of the SHS spectrum will be greater than in the high-frequency one. As the frequency of the vibration effect increases, the effect of its compensation decreases and at a certain value of the frequency, which depends on the distance, the effect of compensation of the vibration effect will be absent.
Для обеспечения максимальной компенсации вибрационного воздействия на выходной сигнал генератора желательно, чтобы кварцевые пьезоэлементы были идентичны. В предпочтительном варианте кварцевые пьезоэлементы имеют одинаковые форму и размеры. При использовании пьезоэлементов, имеющих отличающиеся форму и размеры, эффект компенсации вибрационного воздействия уменьшается.To ensure maximum compensation for vibration effects on the output signal of the generator, it is desirable that the quartz piezoelectric elements are identical. In a preferred embodiment, the quartz piezoelectric elements have the same shape and size. When using piezoelectric elements having different shapes and sizes, the effect of compensating for the vibration effect is reduced.
Также предпочтительно, чтобы кварцевые пьезоэлементы были изготовлены из одной заготовки кристалла кварца или из заготовок кристалла кварца с одинаковыми срезами. Эффект компенсации влияния вибрации на параметры выходного сигнала генератора будет достигаться также и при электрическом соединении кварцевых пьезоэлементов, изготовленных из заготовок кристалла кварца, имеющих разные срезы, однако такой эффект будет меньше или иметь выборочное действие по частоте или направлению воздействия, чем при одинаковых срезах заготовок кристаллов кварца.It is also preferred that the quartz piezoelectric elements are made from a single quartz crystal preform or from quartz crystal preforms with equal slices. The effect of compensating the influence of vibration on the parameters of the output signal of the generator will also be achieved with the electrical connection of quartz piezoelectric elements made from quartz crystal blanks having different slices, however, this effect will be less or have a selective effect in frequency or direction of action than with identical slices of crystal blanks quartz.
Предпочтительно при изготовлении пьезоэлементов двухповоротных срезов из заготовок кварца допуск на углы поворота заготовки при ее ориентации для получения требуемого среза составляют 15…20 угловых секунд на угол первого поворота (относительно кристаллографической оси Z) и ±3 угловые минуты на угол второго поворота (относительно кристаллографической оси X).Preferably, in the manufacture of piezoelectric elements of two-turn slices from quartz blanks, the tolerance on the rotation angles of the workpiece when it is oriented to obtain the desired cut is 15 ... 20 arc seconds per angle of the first rotation (relative to the crystallographic axis Z) and ± 3 arc minutes per second rotation angle (relative to the crystallographic axis X).
Для одноповоротных срезов, в частности АТ-срезов, педпочтительный допуск должен быть не более ±1…1,5 угловых минут.For single-turn sections, in particular AT-sections, the tolerance of tolerance should be no more than ± 1 ... 1.5 angular minutes.
Если в кварцевом генераторе согласно настоящему изобретению используются кварцевые пьезоэлементы, при изготовлении которых указанные допуски не соблюдаются, то глубина компенсации воздействия вибрации на кварцевые пьезоэлементы будет меньше, но тем не менее эффект наблюдаться будет.If quartz piezoelectric elements are used in the quartz generator according to the present invention, the manufacture of which does not adhere to these tolerances, then the depth of compensation of the effect of vibration on the quartz piezoelectric elements will be less, but nevertheless the effect will be observed.
Для увеличения эффекта подавления вибрационного воздействия необходимо, чтобы электроды, нанесенные на кварцевые пьезоэлементы, имели одинаковые форму, размеры и положения на пьезоэлементах. Допуск на положение электрода относительно кромки пьезоэлемента составляет порядка нескольких сотых долей мм, допуск на линейные размеры маски для напыление электродов имеет порядок нескольких мкм. Для соединения электродов с подводящими электрическое напряжение проводниками у каждого электрода предусматривается вывод электрода, представляющий собой нанесенный заодно с электродом отвод от электрода в сторону периферии кварцевого пьезоэлемента в виде узкой полосы. Положение вывода электрода имеет влияние на колебательный процесс, происходящий в кварцевом пьезоэлементе, поэтому в предпочтительном варианте при напылении электродов допуск на положение выводов электрода составляет не более ± 5 градусов относительно кристаллографической оси Z. При несоблюдении указанного допуска эффект подавления вибрационного воздействия будет меньше.To increase the effect of suppressing vibration exposure, it is necessary that the electrodes deposited on quartz piezoelectric elements have the same shape, size and position on the piezoelectric elements. The tolerance on the position of the electrode relative to the edge of the piezoelectric element is of the order of several hundredths of a mm, the tolerance on the linear dimensions of the mask for sputtering the electrodes is of the order of several microns. To connect the electrodes to the conductors supplying electrical voltage, an electrode outlet is provided for each electrode, which is a tap applied to the periphery of the quartz piezoelectric element in the form of a narrow strip aligned with the electrode. The position of the electrode outlet has an effect on the oscillatory process occurring in the quartz piezoelectric element; therefore, when spraying the electrodes, the tolerance on the position of the electrode terminals is no more than ± 5 degrees relative to the crystallographic axis Z. If the specified tolerance is not observed, the effect of suppressing the vibration effect will be less.
Кварцевые пьезоэлементы, применяемые в кварцевом генераторе согласно настоящему изобретению, могут быть установлены как в одном герметичном корпусе, так и в отдельных герметичных корпусах. В предпочтительном варианте каждый пьезоэлемент заключен в отдельный корпус, образуя таким образом отдельный кварцевый резонатор. При этом предпочтительно применение одинаковых видов корпусов и создание одинаковых условий размещения кварцевых пьезоэлементов в корпусах, таких как закрепление пьезоэлементов, давления внутри корпуса, а также обеспечение идентичности вибрационного воздействия на корпуса резонаторов. В предпочтительном варианте вибрационное воздействие на корпуса резонаторов должно быть одинаковым, то есть синфазным и с одинаковыми амплитудами. Для этого необходимо обеспечить идентичность механических свойств закрепления резонаторов и минимальное расстояние между ними.The quartz piezoelectric elements used in the quartz oscillator according to the present invention can be installed both in one sealed enclosure and in separate sealed enclosures. In a preferred embodiment, each piezoelectric element is enclosed in a separate housing, thereby forming a separate quartz resonator. In this case, it is preferable to use the same types of housings and create the same conditions for the placement of quartz piezoelectric elements in the housings, such as securing the piezoelectric elements, the pressure inside the housing, as well as ensuring the identical vibration effect on the resonator bodies. In a preferred embodiment, the vibrational effect on the resonator bodies should be the same, i.e., in-phase and with the same amplitudes. For this, it is necessary to ensure the identity of the mechanical properties of the fastening of the resonators and the minimum distance between them.
Как в случае установки пьезоэлементов в одном корпусе, так и в случае использования отдельных корпусов, различие в угловой ориентации пьезоэлементов друг относительно друга не должно превышать величины ±5 угловых градусов относительно кристаллографических осей Z.As in the case of installing piezoelectric elements in one housing, and in the case of using separate housings, the difference in the angular orientation of the piezoelectric elements relative to each other should not exceed ± 5 angular degrees relative to the crystallographic axes Z.
При несоблюдении указанного допуска эффект подавления вибрационного воздействия будет меньше, однако будет присутствовать.If the specified tolerance is not observed, the effect of suppressing the vibration effect will be less, however, it will be present.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертежах изображен пример выполнения виброустойчивого кварцевого генератора частоты.The drawings show an example of a vibration-resistant quartz frequency generator.
На фиг.1 представлен кварцевый пьезоэлемент.Figure 1 presents a quartz piezoelectric element.
На фиг.2 показано основание корпуса кварцевого резонатора с установленным пьезоэлементом.Figure 2 shows the base of the body of a quartz resonator with a mounted piezoelectric element.
На фиг.3 изображено взаимное расположение кварцевых резонаторов в кварцевом генераторе частоты.Figure 3 shows the relative position of the quartz resonators in the quartz frequency generator.
На фиг.4 изображена схема электрического включения кварцевых резонаторов в кварцевом генераторе частоты.Figure 4 shows a diagram of the electrical inclusion of quartz resonators in a quartz frequency generator.
На фиг.5 приведена характеристика ФШ кварцевого генератора с одним резонатором, причем нижняя кривая соответствует ФШ генератора без вибрационного воздействия, а верхняя - при воздействии ШСВ в диапазоне 10-200 Гц по наиболее g-чувствительной оси.Figure 5 shows the FS characteristic of a quartz oscillator with one resonator, the lower curve corresponding to the FS of the generator without vibration, and the upper curve when exposed to an SHS in the range of 10-200 Hz along the most g-sensitive axis.
На фиг.6 приведена характеристика ФШ кварцевого генератора со встречным включением резонаторов, причем нижняя кривая соответствует ФШ генератора без вибрационного воздействия, а верхняя - при воздействии ШСВ в диапазоне 10-200 Гц по наиболее g-чувствительной оси.Figure 6 shows the FS characteristic of a quartz oscillator with on-switching resonators, the lower curve corresponding to the FS oscillator without vibration, and the upper curve when exposed to an SHS in the range of 10-200 Hz along the most g-sensitive axis.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Кварцевый генератор согласно примеру исполнения содержит два кварцевых резонатора, каждый из которых в свою очередь содержит пьезоэлемент, установленный в корпусе, состоящем из основания и крышки.A quartz oscillator according to an example embodiment contains two quartz resonators, each of which in turn contains a piezoelectric element mounted in a housing consisting of a base and a cover.
На фиг.1 представлен пример выполнения кварцевого пьезоэлемента для кварцевого генератора согласно изобретению. Кварцевый пьезоэлемент 1 представляет собой кристалл кварца, которому придана дискообразная форма, с нанесенными на кристалл, например, методом напыления, двумя электродами 2 и выводами 3 электродов, которые имеют различное положение относительно кристаллографических осей пьезоэлемента. Электрод, показанный на фиг.1 сверху, условно обозначен как верхний электрод 2В, а электрод, показанный на фиг.1 снизу, условно обозначен как нижний электрод 2Н.Figure 1 presents an example implementation of a quartz piezoelectric element for a quartz oscillator according to the invention. A quartz piezoelectric element 1 is a quartz crystal that has a disk-shaped shape, deposited on a crystal, for example, by spraying, two
На фиг.2 показано размещение пьезоэлемента 1 на основании 4 корпуса кварцевого резонатора 9 с помощью держателей 5. При установке пьезоэлемента 1 верхний электрод 2В пьезоэлемента 1 через вывод 3 электрода соединяется с электрическим выводом 6, проходящим в основании 4 корпуса, с помощью предназначенного для этого проводника 7, а нижний электрод 2Н пьезоэлемента 1 соединяется с электрическим выводом 8 (на фиг.2 не показан), проходящим в основании 4 корпуса. Кроме того, на основании 4 установлена крышка (не показана), благодаря которой обеспечивается герметичность корпуса. Кварцевый резонатор 9 вакуумирован.Figure 2 shows the placement of the piezoelectric element 1 on the base 4 of the body of the quartz resonator 9 using the
Второй кварцевый резонатор 9 (фиг.3) изготавливается точно так же, как и первый, причем пьезоэлементы 1, устанавливаемые в резонаторах 9, изготовлены из одной заготовки кварца в едином технологическом цикле, имеют одинаковую форму, одинаковое расположение кристаллографических осей и идентичное расположение верхних и нижних электродов 2В и 2Н, а также выводов 3 электродов относительно кристаллографических осей. При установке второго пьезоэлемента 1 в такой же корпус, в который установлен и первый пьезоэлемент 1, обеспечивается одинаковая ориентация кристаллографических осей первого и второго пьезоэлементов 1 относительно оснований 4 корпусов резонаторов 9, причем закрепление пьезоэлементов 1 на основаниях 4 корпусов с помощью держателей 5 выполняется одинаковым. Герметичность и степень вакуумирования для резонаторов 9 также выполняются, по существу, одинаковыми, то есть резонаторы 9 должны иметь максимальную идентичность. Такая идентичность достаточно просто обеспечивается при изготовлении резонаторов в едином технологическом цикле.The second quartz resonator 9 (Fig. 3) is manufactured in exactly the same way as the first, and the piezoelectric elements 1 installed in the resonators 9 are made of the same quartz blank in a single technological cycle, have the same shape, the same arrangement of crystallographic axes, and the same arrangement of the upper and
Кварцевые резонаторы 9 установлены на монтажной плате 10 с обеспечением идентичности пространственной ориентации резонаторов 9. На фиг.3 показаны пространственные координаты и одинаковое расположение ключей на корпусах резонаторов. Кварцевые резонаторы 9 закреплены на плате 10 одинаково. Показанные на фиг.3 кварцевые резонаторы 9 имеют больше чем два электрических вывода, но в настоящем рассмотрении имеют значение только выводы 6 и 8. При монтаже резонаторов 9 на плате электрические выводы 6 кварцевых резонаторов 9 с помощью проводников электрически соединяются друг с другом, а выводы 8 включены в схему генератора 11 электрических колебаний, как это показано на фиг.4. Поскольку верхние электроды 2В пьезоэлементов 1 соединены с электрическими выводами 6 резонаторов 9, а нижние электроды 2Н соединены с электрическими выводами 8, происходит встречное электрическое соединение пьезоэлементов 1. При этом пьезоэлементы 1 имеют идентичную ориентацию в пространстве, поскольку кварцевые резонаторы 9 имеют одинаковую ориентацию, а пьезоэлементы 1 в резонаторах 9 также установлены одинаково.Quartz resonators 9 are mounted on a
При работе такого кварцевого генератора частоты реализуется способ компенсации влияния вибрационных воздействий на рабочие характеристики кварцевого генератора частоты. Вследствие одинаковой ориентации кварцевых пьезоэлементов в пространстве электрические потенциалы, возникающие в кристаллах кварца вследствие вибрационных воздействий, практически идентичны по величине. При этом благодаря встречному включению кварцевых пьезоэлементов электрические потенциалы, наводящиеся под действием вибрации на соединенные между собой электроды, взаимно компенсируются, т.е. их влияние на рабочие характеристики кварцевого генератора практически сводится к нулю. В результате применения такого способа подавления вибрационного воздействия удается снизить g-чувствительность по худшей оси в несколько раз.When operating such a quartz frequency generator, a method is implemented to compensate for the influence of vibrational influences on the performance characteristics of the quartz frequency generator. Due to the identical orientation of quartz piezoelectric elements in space, the electric potentials arising in quartz crystals due to vibrational influences are almost identical in magnitude. In this case, due to the on-switching on of quartz piezoelectric elements, the electric potentials induced under the action of vibration on the electrodes interconnected are mutually compensated, i.e. their influence on the operating characteristics of the quartz generator is practically reduced to zero. As a result of applying this method of suppressing vibration exposure, it is possible to reduce g-sensitivity along the worst axis by several times.
На фиг.5 и 6 приведены графики ФШ кварцевого генератора без использования и с использованием компенсации вибрационного воздействия путем встречного включения кварцевых резонаторов, что позволяет оценить эффективность заявляемого способа уменьшения влияния вибрационных воздействий на рабочие характеристики кварцевого генератора частоты.Figure 5 and 6 shows the FS graphs of a quartz oscillator without and using vibration compensation by counterclosing the quartz resonators, which makes it possible to evaluate the effectiveness of the proposed method for reducing the influence of vibration influences on the operating characteristics of the quartz frequency generator.
Следует отметить, что компенсация вибрационного воздействия происходит по всем направлениям воздействия вибрации вследствие одинаковости ориентации пьезоэлементов. При этом необходимость определения направления максимальной чувствительности пьезоэлементов к ускорениям отсутствует, так как для реализации заявляемого способа снижения влияния вибрационных воздействий достаточно лишь определения расположения кристаллографических осей пьезоэлемента, что традиционно осуществляется при изготовления пьезоэлементов.It should be noted that the compensation of the vibration effect occurs in all directions of the vibration effect due to the uniform orientation of the piezoelectric elements. At the same time, there is no need to determine the direction of the maximum sensitivity of piezoelectric elements to accelerations, since to implement the proposed method for reducing the influence of vibrational effects, it is enough to determine the location of the crystallographic axes of the piezoelectric element, which is traditionally carried out in the manufacture of piezoelectric elements.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111230/09A RU2381616C2 (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Method of reducing effect of vibration action on operational characteristics of quartz crystal oscillator and vibration resistant quartz crystal oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111230/09A RU2381616C2 (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Method of reducing effect of vibration action on operational characteristics of quartz crystal oscillator and vibration resistant quartz crystal oscillator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008111230A RU2008111230A (en) | 2009-10-10 |
| RU2381616C2 true RU2381616C2 (en) | 2010-02-10 |
Family
ID=41260129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008111230/09A RU2381616C2 (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | Method of reducing effect of vibration action on operational characteristics of quartz crystal oscillator and vibration resistant quartz crystal oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2381616C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732890C1 (en) * | 2020-01-21 | 2020-09-24 | Игорь Владимирович Абрамзон | Vibration-protected quartz oscillator |
| WO2020204740A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems" | Method and system for measuring g-sensitivity of quartz oscillators |
| RU2797312C1 (en) * | 2023-02-09 | 2023-06-02 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт машиностроения имени В.В. Бахирева" (АО "ГосНИИмаш") | Piezoelectric shock wave pressure sensor |
-
2008
- 2008-03-14 RU RU2008111230/09A patent/RU2381616C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШАРАПОВ В.М., МУСИЕНКО М.П., ШАРАПОВА Е.В. Мир электроники. Пьезоэлектрические датчики. - М.: ТЕХНОСФЕРА. 2006, с.294-296. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020204740A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems" | Method and system for measuring g-sensitivity of quartz oscillators |
| US10879908B2 (en) | 2019-03-29 | 2020-12-29 | Topcon Positioning Systems, Inc. | Method and system for measuring g-sensitivity of quartz oscillators |
| RU2732890C1 (en) * | 2020-01-21 | 2020-09-24 | Игорь Владимирович Абрамзон | Vibration-protected quartz oscillator |
| RU2797312C1 (en) * | 2023-02-09 | 2023-06-02 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт машиностроения имени В.В. Бахирева" (АО "ГосНИИмаш") | Piezoelectric shock wave pressure sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008111230A (en) | 2009-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5235135A (en) | Sealed electronic package providing in-situ metallization | |
| US4836882A (en) | Method of making an acceleration hardened resonator | |
| US8134284B2 (en) | Tuning-fork type piezoelectric vibrating pieces having similarly shaped vibrating-root and supporting root portions | |
| JP2005286992A (en) | Piezoelectric oscillating piece, piezoelectric vibrator, and piezoelectric oscillator | |
| US4453141A (en) | Suppression of vibration effects on piezoelectric crystal resonators | |
| CN107615649B (en) | Oscillating device | |
| RU2381616C2 (en) | Method of reducing effect of vibration action on operational characteristics of quartz crystal oscillator and vibration resistant quartz crystal oscillator | |
| KR20070029561A (en) | Oscillatory circuit having two oscillators | |
| KR102561011B1 (en) | Oscillator with reduced acceleration sensitivity | |
| US6388363B1 (en) | Piezoelectric resonator | |
| JP2010109861A (en) | Frequency adjusting method for tuning-fork type crystal vibrating element | |
| JP2968517B2 (en) | Device for measuring and / or monitoring a predetermined filling level in a container | |
| JP6075441B2 (en) | Crystal vibrator | |
| JP2005260692A (en) | Piezoelectric vibrating bar, piezoelectric vibrator and piezo-oscillator | |
| JP2021158493A (en) | Crystal device | |
| Kumar et al. | Stabilization of phase noise of PLL system under random vibration environment | |
| RU2397608C1 (en) | Quartz resonator | |
| JP2008199147A (en) | Method for manufacturing piezoelectric vibrator and method for manufacturing piezoelectric oscillator | |
| RU2410834C1 (en) | High frequency quartz crystal resonator | |
| JP2884569B2 (en) | Method of manufacturing rectangular AT-cut quartz resonator for overtone | |
| JP2006067256A (en) | Piezoelectric resonator | |
| JP4169523B2 (en) | Crystal oscillator sensitivity adjustment method | |
| JP7448901B2 (en) | piezoelectric device | |
| JP3908494B2 (en) | Multifunctional crystal unit | |
| JP2929107B2 (en) | Manufacturing method of crystal unit |