Изменение резонансной частоты кристалла кварца при атмосферном давлении?

12

У нас есть голый кристалл кварца, и мы измеряем его резонансную частоту с очень высокой точностью (1 ppb). По мере того, как он вращается между атмосферным давлением и вакуумом, наблюдается изменение частоты. Может ли это быть потому, что кристалл сжимается? Как я могу рассчитать изменение частоты, если это так?

Неожиданное изменение температуры окружающей среды составляет около 400 частей на миллиард

crystal Дирк Брюер
источник

3

Просто из любопытства, насколько значительным является изменение частоты? Я уверен, что это будет иметь влияние от давления окружающей среды, но оно может также изменять температуру, возвращаясь к температуре окружающей среды, когда вокруг него воздух, чтобы снова обмениваться теплом. И я уверен, что изменения температуры изменят его частоту.

Очаг

Это герметичное устройство, поэтому на корпус металлического корпуса будут создаваться силы, когда давление будет превышать или ниже номинального. Это будет иметь некоторый эффект. Сколько изменений вы видели? Кроме того, это был последовательный или параллельный резонанс, который вы измеряли, и был ли этот кристалл предназначен для использования в его последовательном или параллельном резонансе?

Энди ака

@Andyaka Это базовый кристалл, открытый для вакуума

Дирк Брюер

2

Влажность также должна оказывать демпфирующее действие, когда она открыта для атмосферы. Понижение «Q».

Optionparty

3

Когда вы работаете на уровнях, близких к совершенству, легко найти то, что делает его менее совершенным.

Sparky256

10

Помните, что кристалл работает на механическом движении. Когда что-то вибрирует в воздухе, часть энергии передается воздуху. К этому, например, относятся динамики.

Все, что вибрирует в воздухе, издает звук, а это означает, что некоторая мощность от вибрирующего предмета передается в воздух. С воздухом вокруг кристалла часть энергии, запасенной в резонансе, теряется для воздуха каждый цикл. Фактически это снижает Q кристалла. Этот эффект должен быть довольно небольшим, но не похоже, чтобы можно было измерить его на уровне PPB.

Олин Латроп
источник

10

Это базовый кристалл, открытый для вакуума

Тогда демпфирование механического движения зависит от давления, и это может слегка изменить резонансный пик (последовательно и параллельно). Он будет генерировать звуковые волны, которые представляют потерю для резонансного контура, и в вакууме эта потеря будет меньше, и, вероятно, резонансная частота немного возрастет.

Энди ака
источник

10

$x$ $x$ $d$

\begin{matrix} (1) & f = \frac{2.86}{d} (M H z) \end{matrix}

$f=\frac{2.86}{d}\quad\text{($\mathrm{MHz}$)}\tag{1}\label{1}$

d

$d$

d

$d$

\begin{matrix} (2) & ε_{x x} = - \frac{1}{K_{x}} σ_{x x} \end{matrix}

$\varepsilon_{xx}=-\frac{1}{K_x}\sigma_{xx}\tag{2}\label{2}$

$\varepsilon_{xx}\equiv \frac{\Delta d}{d}$
$\sigma_{xx}\equiv p_x$ $x$
$K_x$ $x$

В общем, давление, безусловно, влияет на резонансную частоту кристалла кварца : при тщательном использовании приведенных выше формул и (известных?) Характеристик вашего кристалла кварца вы можете попытаться оценить, действительно ли это дает вам " такое большое "изменение резонансной частоты вы измеряете. Наконец, позвольте мне поделиться с вами несколькими заметками :

$\eqref{1}$
$\eqref{2}$

[1] Блэкберн, JF (1949), Справочник по компонентам , Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института, серия 17, Нью-Йорк, Торонто и Лондон: McGraw-Hill Book Company, Inc.

Даниэль Тампиери
источник

2

Еще один способ взглянуть на эффект (хотя и приблизительный) состоит в том, что с увеличением давления больше атмосферы движется вместе с кристаллом, когда он вибрирует (глубина кожи) и, в некотором смысле, увеличивает его массу, тем самым замедляя его вибрацию. Конечно, эта модель разваливается, если скорость вибрации ставит движение кристалла выше скорости звука ....

Джефф Даймонд
источник

2

В дополнение к тому, что написали другие, позвольте мне сказать, что частота ошибок зависит от отношения эффективной емкости нагрузки к двигательной емкости. В дополнение к последовательной индуктивности, которая приводит к резонансному значению добротности. Я работал со многими различными типами кристаллов от 5 ° X-среза для VLF до семейства кривых вашего стандартного AT-среза, который имеет температурную характеристику третьего порядка и Q> 10000 и очень высокий Q, равный 100000 или более, для SC разрезанные кристаллы, как правило, присутствуют во всех OCXO.

Способность полюсов центральной частоты любого кристалла зависит только от добротности и отношения конденсаторов max / min. Я предполагаю, что это для параллельного резонанса. Учитывая ваши результаты в 400 ppb или 0,4 ppm, я ожидаю, что это стандартный кристалл AT-cut. Можно ожидать, что они будут вытянуты как минимум на +/- 200 промилле. Я мог бы также предположить, что вы выбрали срез угла, который дает нулевую чувствительность к температуре при другом заданном значении Т или нулевой наклон при некоторой температуре.

Следовательно, отношение 0,4 / 200 [ppm / ppm] составляет всего 0,2%, но, очевидно, является чрезмерным. Прочный граненый кристалл SC должен быть в 1000 раз меньше.

Я надеюсь, что это понимание поможет вам исправить ошибки.

Однажды в моей карьере я мог протестировать любой кристалл AT и экстраполировать уравнение 3-го порядка f против T до <100 частей на миллиард только двумя измерениями f при 40 ° C и 70 ° C из уравнения, полученного путем подгонки полиномиальной кривой. Это сделало возможным производство TCXO 25 центов на 1 миллион в минуту.

Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник

Изменение резонансной частоты кристалла кварца при атмосферном давлении?

Ответы: