Прецизионный кварцевый резонатор

Прецизионный кварцевый резонатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<л980251

/ г г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100781 (21) 3322205/18-23 (5$) М.@A.з с присоединением заявки Йо

Н 03 Н 9/00

Н 03 Н 9/08

Государственный комитет

СССР но делам нзобретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.1282. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 07.1282

{53) УДК 621. 372. . 54 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю.A Емельянов и Л.П. Денисенко

\ (71) Заявитель (54) ПРЕЦИЗИОННЫЙ КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР,Изобретение относится к технике стастабилизации частоты и может быть использовано в аппаратуре службы времени и частоты и в измерительной технике. м

Известно, что дальнейшее сокращение времени установления частоты кварцевого генератора возможно при уменьшении массы термостатируемого объекта.

С этой точки зрения наиболее перспективным является применение в генера торе. резонатора,в котором в едином вакуумированном баллоне совмещены пьезоэлемент, нагреватель и термодатчик, а термостатируемым объектом выступает непосредственно кварцевая плас тина, подогреваемая нанесенным на нее пленочным нагревателем (1 ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кварцевый резонатор, снабженный двумя расположенными в вакуумном баллоне излучателями тепловой энергии, выполненными в виде сферических зеркал с напыленными на их внутренних поверхностях пленочными нагревателями, образующими полость, внутри которой расположен пьезоэлемент с возбуждающими электродами, на торцовой поверх ности которого закреплен датчик температуры (2 3.

Недостатком прототипа является низкая технологичность сборки конструкции и относительно большое время установления частоты и потребление энергии.

Цель изобретения — уменьшение времени установления частоты и потребления энергии.

Поставленная цель достигается тем, что прецизионный кварцевый резонатор, содержащий терморегулятор, вакуумированный баллон, в котором помещены термодатчик, излучатели тепловой энергии, выполненные в виде зеркал с отражающими электропроводящими поверхностями и с размещенными на их внутренних поверхностях пленочными нагревателями, образующих полость, внутри которой расположен пьезоэлемент с возбуждающими электродами, снабжен опорным диском с размещенными на его поверхностях участками электропроводящей отражающей пленки, отражающие электропроводящие поверхности зеркал выполнены в виде разделенных областей, пьезоэлемент жестко соединен в узловых точках с пленочным нагревателем по крайней мере

980251 проводящие пленки 8 поверхностей зеркал излучателей тепловой энергии, выполненные в виде разделенных.облас-.35 тей, участки отражающих электропроводящих пленок 9 поверхностей зеркал излучателей тепловой энергии, служащие одновременно возбуждающими электродами пьезоэлемента 3, пленочные 4g нагреватели 10, пленочные термодатчики 11, теплоизолирующий слой 12 зеркал,опорный диск 13, зеркальная электропроводящая пленка 14 отражающих поверхностей опорного диска 13, /

45 выполненная в виде разделенных участков, участки зеркальной электропроводящей пленки 15 поверхности опорноro диска 13, служащие одновременно для соединения выводов возбуждающих электродов 9, нагревателя 10 и термодатчика 11 с выводами прецизионного кварцевого резонатора, технологические щели 16 для обеспечения вакуумирования пьезоэлемента 3, держателя

17 зеркал излучателя тепловой энергии, пружины 18 держателя 17 опорного диска 13, выводы 19 прецизионного кварцевого резонатора, вожженое серебро 20 для крепления держателей

17 зеркал излучателя тепловой энергииЯ

Опорный диск 13 выполнен в виде плоскопараллельной линзы из кварца, ориентация кристаллографических осей которого аналогична пьезоэлементу 3.

На поверхности плоскости опорного

65 одного из зеркал, а зеркала жестко соединены между собой на участках, расположенных на периферийных частях их поверхностей, дополнительными пленочными контактными площадками и прикреплены держателями к опорному 5 диску, причем возбуждающие электроды .пьезоэлемента, пленочный нагреватель и термодатчик соединены с выводами кварцевого резонатора через участки электропроводящей отражающей пленки 1О опорного диска, а внутренняя поверх ность вакуумированного баллона выполнена с электропроводящей отражающей пленкой, опорный диск и зеркала выполнены из кварца с ориентацией крис-1 таллографических осей, аналогичной пьезоэлементу.

На чертеже приведена конструкция прецизионного кварцевого резонатора. °

Резонатор содержит вакуумированный баллон 1, на внутреннюю поверхносТь которого нанесена зеркальная, отражающая тепловые лучи, электропроводящая пленка 2, пьезоэлемент 3, верхнее зеркало 4 излучателя тепловой энергии, нижнее зеркало 5 излучателя тепловой энергии, структурные пленочные контактные площадки б для крепления пьезоэлемента 3 к пленочному нагревателю, структурные пленочные контактные площадки 7 для крепле--ЗО ния зеркал излучателя тепловой энергии между собой, отражающие электродиска 13, обращенной в сторону расположения нижнего зеркала 5 излучателя тепловой энергии, нанесены участки зеркальной электропроводящей пленки 14. С этой же стороны к опорному диску 13 закреплены держатели 17 зер-. кал излучателя тепловой энергии, выполненные, например, из сплава платинида, которые, проходя сквозь опорный диск 13, соединяют электрически выводы возбуждающих электродов 9 пьезоэлемента 3, пленочного нагревателя 10 и пленочного термодатчика 11, через последовательно включенные участки зеркальной электропроводящей пленки 15, с выводами 19 прецизионного кварцевого резонатора. Соединение выводов возбуждающих электродов

9, пленочного нагревателя 10 и пленочного термодатчика 11 с выводами

19 прецизионного кварцевого резонатора через посредство участков зеркальных электропроводящих пленок 15 позволяет уменьшить утечку тепла из объема вакуумированного баллона 1.

Уменьшение воздействия акустической энергии на прочность соединения пьезоэлемента 3 с пленочным нагревателем 10 обеспечивается предварительным расчетом пьезоэлемента по методу "захвата" акустической энер" гии, позволяющим свести колебательную скорость в его узловых точках близкую к нулю.

Для уменьшения потерь тепловой энергии инфракрасного спектра излучения на наружные поверхности зеркал

4 и .5 излучателя тепловой энергии наносится вакуумным напылением пленка 12 моноокиси германия. С этой же целью на внутреннюю поверхность вакуумированного баллона 1 наносится методом химического осаждения зеркальная электропроводящая пленка 2 серебра.

Термокомпрессионный технологический метод жесткого закрепления пьезоэлемента 3 к поверхности пленочного на— гревателя 10 нижнего зеркала 5 и скрепления между собой зеркал 4 и 5 излучателя тепловой энергии позволяет испольэовать экономичный групповой автоматизированный способ сборки элементов и обеспечить высокую вос:производительность электрических параметров серийно изготавливаемых прецизионных кварцевых резисторов. Это, в свою очередь, позволяет заранее путем расчета величин площадей участков отражающих электропроводящих пленок 9 зеркал 4 и 5, служащих одновременно возбуждающими электродами пьезоэлемента, и величин зазоров между ними и поверхностями активной области пьезоэлемента 3 обеспечить заданные параметры прецизионного кварцевого резонатора — номинальное значение частоты, добротность и т.д.

980251

В предлагаемой конструкции преци- мым мостом сигнал переменного напрязионного кварцевого резонатора можно жения поступает на вход детектора, легко реализовать без ухудшения его Детектор преобразует сигнал переменэлектрических параметров введение до- ного напряжения в сигнал постоянного полнительных возбуждающих электродов, напряжения. С выхода детектора сигчто позволит обеспечить управление 5 нал постоянного напряжения после известными способами его частотой и усиления в устройствах усилителей более точную установку номинального постоянного тока и мощности поступазначения его частоты. ет на пленочный пагреватель 10 прециПрецизионный кварцевый резонатор зионного кварцевого резонатора. работает следующим образом. По мере разогрева объема монолитПри включении ток терморегулято- ной конструкции излучателя (4 и 5) ра прецизионного кварцевого резона- тепловой энергии с пьезоэлементом тора нагревает пленочный нагреватель 3 до температуры термостатироваиия, 10, тепловая энергия которого погло- определяемой значением То пьезоэле)цается объемом монолитной конструк- 15 мента, ток протекающий через пленочции излучателя (4 и 5) тепловой ный нагреватель 10 прецизионного энергии с пьезоэлементом 3, в основ- кварцевого резонатора, уменьшается ном, как через тепловое излучение до величины, установленной балансом . инфракрасного спектра от поверхности термоэависимого моста. пленочного нагревателя 10, многократ- 20 Предлагаемая конструкция дает но отраженного зеркалами 4 и 5 иэлу- иное результирующее тепловое сопрочателя тепловой энергии, так и непос- тивление между пьезоэлементом прециредственно через теплопроводность зионного кварцевого резонатора и окструктурных пленочных площадок б и .7,, ружающей средой. Для ускорения устасоединяющих между собой в тепловом 25 новления частоты и уменьшения потреботношении пленочный нагреватель 10 ления энергии целесообразно повысить с пьезоэлементом 3 и зеркала излуча". это сопротивление как можно больше. теля тепловой энергии. Результирующее тепловое сопротивТок в пленочном нагревателе 10 ре- ление между пьезоэлементом 3 и возбужгулируется терморегулятором, связан- З0 дающими электродами, с одной стороным с пленочным термодатчиком 11. ны, и баллоном 1, с другой стороны, Терморегулятор содержит, например, для уменьшения тепловых потерь в термозависимый мост, детектор, уси- предлагаемой конструкции прецизионнолитель постоянного тока и усилитель го кварцевого резонатора увеличено. мощности в нагрузку которого вклю35

Это увеличение результирующего теплочен пленочный нагреватель 10 преци- вого сопротивления достигается путем зионного кварцевого резонатора. В использования в качестве возбуждаюсвою очередь, термозависимый мост со- щих электродов пьезоэлемента раэдедержит. резонансный контур, настроен- ленных частей отражающих электропроный на частоту 10-15 кГц, к вторич- водящих пленок зеркал излучателя тепным обмоткам которого подключены со- 40 ловой энергии, расположенных с зазоответственно пленочный термодатчик ром от поверхностей активной области

11 и регулировочный резистор установ- пьезоэлемента, нанесением на внутренки величины температуры термостатиро- нюю поверхность баллона зеркальной вания. Общая точка резонансного конту- электропроводящей пленки серебра, нара образует через конденсатор обрат- 45 несением на поверхность опорного дисную связь. ка зеркальной электропроводящей пленПосле включения терморегулятора ки алюминия, соединения зеркальных прецизионного кварцевого резонатора электропроводящих пленок баллона и в юеэчльтате оазболанса сопротивле- опорного диска в электрическом и тепний термозависимого моста появляет- 5О ловом отношениях и соединением вывоСя сигнал переменного напряжения. дов возбуждающих электродов, пленочТермозависимый мост выполнен та- ных нагревателя и термодатчика с выким образом, что при температуре ь водами прецизионного кварцевого реобъеме монолитной конструкции излуча- зонатора через посредство разделентеля (4 и 5) тепловой энергии с 55 ных участков пленки зеркальной электпьезоэлементом 3 ниже заданной, об- ропроводящей поверхности опорного ратная связь. — положительная. В схеме диска. возникают колебания, амплитуда кото- Большая величина результирующего рых изменяется в обратной зависимос- теплового сопротивления позволяет ти от температуры в объеме монолит- - обеспечить лучшую равномерность рас60 ной конструкции излучателя (4 и 5) пределения температур, что, в свою тепловой энергии с пьезоэлементом очередь, повышает кратковременную

3. При температуре выше заданной стабильность частоты. обратная связь — отрицательная и ге- Если температура стабилизации сонератор термозависимого моста не воз- ответствует экстремальной точке ТЧХ буждается. Генерируемый термозависи- пьезоэлемента прецизионного кварцево65

980251

Формула изобретения

В 7

К

М

17 го резонатора, то заданная частота установится.(в пределах допустимой погрешности) в очень короткий промежуток времени.

Предлагаемая конструкция прецизионного кварцевого резонатора уменьшает время установления частоты и потребления энергии, повышает стабильность частоты и обеспечивает возможность использования его в бортовых устройствах.!

Прецизионный кварцевый резонатор, 15 содержащий терморегулятор, вакуумированный баллон, в котором помещены термодатчик, излучатели тепловой энергии, выполненные в виде зеркал с отражающими электропроводящими поверх- 20 ностями и с размещенньп и на их внутренних поверхностях пленочными нагре,вателями, образующих полость, внутри которой расположен пьезоэлемент с воз, буждающими электродами, о т л и ч аю- 25 шийся тем, что,.с -целью улучшения технологичности конструкции уменьшения времени установления частоты и потребления энергии, он снабжен опорным диском с размещенными на его поверхностях участками электропроводящей отражающей пленки, отражающие электропроводящие поверхности зеркал выполнены в виде разделенных областей, пьезоэлемент жестко соединен в узловых точках с пленочным нагревателем по крайней мере одного из зеркал, а зеркала жестко соединены между собой на участках, расположенных на периферийных частях их поверхностей, дополнительными пленочными контактными площадками и прикреплены держателями к опорному диску, причем возбуждающие электроды пьезоэлемента, пленочный нагреватель и термодатчик оединены с выводами кварцевого резоатора через участки электропроводяей отражающей пленки опорного диска, внутренняя поверхность вакуумированного баллона выполнена с электропроводящей отражающей пленкой, опорный диск и зеркала выполнены иэ кварца с ориентацией кристаллографических осей, аналогичной пьезоэлементу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. В.И. Катков и др. Высокостабильный кварцевый генератор с малым временем установления чаототы. Проектирование устройств электропитания и электропривода. т. 1, 1973, с. 135141. 2. Авторское свидетельство СССР

М 356488, кл. G 01 К 11/22, 1970 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9379/46

Тираж 959 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4