Кварцевый резонатор
QUARTZ-CRYSTAL RESONATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники, в частности к прибору кварцевой стабилизации частоты, и касается кварцевых резонаторов.
Уровень техники
Известен кварцевый резонатор [1], содержащий корпус, кварцевую пластину и держатель пластины. Для внешних выводов кварцевого резонатора используют спай стекла с металлом. В основание кварцевого держателя запрессованы контактные стержни-ножки, а к ним припаяны контактные пружины. Основание кварцевого держателя с запрессованными стержнями выполнено никелированным. Концы стержней, на которых и припаяны контактные пружинки, залужены. Кварцевая пластина закреплена на контактных пружинках.
Недостатком известного решения является высокая чувствительность частоты кварцевого резонатора к действию ускорения в плоскости кварцевой пластины.
Известен также кварцевый резонатор, содержащий вакуумированный корпус, в котором закреплено основание с размещенным на ним транзистором, установленным на металлической пластине, и контактными лепестками, в которых установлен кварцевый пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, нагревателем и датчиком температуры. Основание выполнено в виде металлического кольца с расположенными на нем местами крепления его в вакуумированном корпусе. [2].
К недостаткам известного кварцевого резонатора следует отнести наличие в составе рабочего объема кварцевого резонатора конструктивных элементов, крепление которых осуществляется с помощью припоя или клея, что исключает использование высокотемпературных режимов при операциях изготовления, а также высокую чувствительность частоты кварцевого резонатора к действию ускорения в плоскости кварцевой пластины.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является кварцевый резонатор, содержащий вакуумированный корпус, внутри, на основании которого закреплены монтажные лепестки, в которых параллельно основанию установлена кварцевая пластина с пленочными возбуждающими электродами, нанесенными на ее поверхности.
Недостатком прототипа является относительно большая чувствительность его частоты к действию ускорения в плоскости пластины. Под действием ускорения сила, действующая на пластину, деформирует лепесток, сдвигая его в направлении действия ускорения. Однако закрепленный на лепестке торец платины не позволяет лепестку свободно переместиться по всей длине. В результате свободно перемещается только часть лепестка ниже места закрепления пластины, а прикрепленная к торцу пластины часть находится в напряженном состоянии и оказывает на торец пластины сдвигающие усилия, знак и величина которых зависит от вектора ускорения. Эти механические усилия в следствие сило-частотного эффекта вызывают изменение резонансной частоты кварцевого резонатора, что ухудшает фазовый шум кварцевого генератора в условиях действия механических факторов.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения - снижение чувствительности кварцевого резонатора к ускорению.
Поставленная задача достигается тем, что в кварцевом резонаторе, содержащем вакуумированный корпус, внутри на основании которого закреплены монтажные лепестки, в которых параллельно основанию установлена кварцевая пластина с пленочными возбуждающими электродами, нанесенными на ее поверхности, согласно изобретению каждый из монтажных лепестков выполнен в виде металлической полоски с нижней частью, расположенной под углом к вертикальной оси, и с верхней частью, изогнутой внутрь к кварцевой пластине, при этом кварцевая пластина торцом закреплена на концах верхней изогнутой части монтажного лепестка.
Изогнутая верхняя часть монтажного лепестка в местах крепления кварцевой пластины составляет острый угол с нижней частью монтажного лепестка.
Ширина металлической полоски, из которой выполнен каждый монтажный лепесток, может иметь переменную величину, зауженную в верхней части монтажного лепестка.
Толщина металлической полоски, из которой выполнен каждый монтажный лепесток, может иметь переменную величину, более тонкую в верхней части относительно нижней части монтажного лепестка.
Монтажные лепестки расположены в четырех равноудаленных от центра и равноотстоящих друг от друга местах.
Достигаемым техническим результатом является снижение уровня фазового шума в условиях действия вибрации.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Конструкция прототипа. 1 - вакуумированный корпус, 2 - основание вакуумированного корпуса, 3 - монтажный лепесток, 4 - кварцевая пластина повернутого У-среза с пленочными электродами 5.
Фиг. 2. Схема деформации монтажных лепестков в прототипе под действием ускорения: I - исходное положение лепестков, II - положение лепестка под воздействием ускорения a, M - моменты сил, действующие на торец кварцевой пластины.
Фиг. 3. Конструкция изобретения. 1 - вакуумированный корпус, 2 - основание вакуумированного корпуса, 3 - нижняя часть монтажного лепестка, 4 - кварцевая пластина повернутого У-среза с пленочными электродами 5, верхняя изогнутая часть монтажного лепестка - 6.
Фиг. 4. Схема деформации монтажных лепестков в изобретении под действием ускорения: I - исходное положение лепестков, II - положение лепестка под воздействием ускорения а.
Фиг. 5. Возможная форма монтажных лепестков: а - с дельтообразной, б - П-образной, с - овальной формой изгиба верхней части лепестка.
Осуществление изобретения
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В предлагаемом изобретении верхняя часть монтажного лепестка 6 выполнена изогнутой в сторону кварцевой пластины 5, при этом кварцевая пластина 4 крепится к изогнутой верхней части 6 на конце, как показано на Фиг. 3. Под действием ускорения происходит перемещение кварцевой пластины 4, вызывающее одновременно изгиб нижней 4 и изогнутой верхней 6 частей монтажного лепестка, при этом угол изгиба нижней 4 и верхней 6 изогнутой частей относительно вертикальной оси и торца пластины 4 противоположны друг другу по знаку (фиг. 4), а результирующий угол изгиба монтажного лепестка в месте закрепления торца пластины 4 оказывается меньше, чем у прототипа. Таким образом, достигается уменьшение напряжений в кварцевой пластине 4 от монтажного лепестка под действием ускорения на кварцевый резонатор, а значит, снижается чувствительность его резонансной частоты к действию ускорения.
Максимальный положительный эффект достигается при равенстве углов изгиба нижней и верхней изогнутой части монтажного лепестка относительно вертикальной оси. Для обеспечения равенства жесткости верхней и нижней части лепестка при меньшей длине верхней части последняя может быть полностью или в отдельных местах выполнена более узкой или/и более тонкой, чем нижняя часть.
Положительный эффект достигается при различных формах изгиба верхней 6 части монтажного лепестка: дельтаобразной (фиг. 5а), П-образной (фиг. 5б), овальной (фиг. 5в) или иной, при условии выполнения условий, определенных формулой изобретения.
Для подтверждения положительного эффекта от предлагаемого технического решения были изготовлены кварцевые резонаторы в круглом вакуумированном корпусе типа НС37, на основании в четырех равноудаленных от центра и друг друга местах были смонтированы контактные лепестки П-образной формы (рис. 5б), в которых крепилась круглая кварцевая пластины двух-поворотного SC-среза диаметром 10 мм с пленочными возбуждающими электродами. Кварцевых резонатор работал на частоте 20 МГц по пятому обертону. Чувствительность к ускорению измерялась методом 2g, заключающимся в изменении частоты резонаторы от поворота его на 180 градусов относительно поля тяготения Земли, при этом веркот ускорения свободного падения g находился в плоскости кварцевой пластины, располагаясь вдоль ее главных осей, проходящих через места крепления пластины. Для сравнения была измерена чувствительность к ускорению аналогичных кварцевых резонаторов с обычным монтажным лепестком, не имеющим отогнутой верхней части. Как показали результаты измерений, основная часть резонаторов-прототипов имела чувствительность частоты к ускорению в пределах (7-10)E-10/g, в то время как чувствительность к ускорению изобретения составила (2-5)Е-10/g.
Источники информации
1. Глюкман Л.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы, изд. второе переработанное и дополненное. Энергия, Ленинградское отделение, 1969 г., стр. 197-198.
2. Патент №2150422, Н03Н 9/19, опубликован 27.08.2000 г.
3. QUARTZ CRYSTAL RESONATORS AND OSCILLATORS. For Frequency Control and Timing Applications. A Tutorial, John R. Vig. January 2000, p. 3-18.