基于Chip-on-TEC的高精度晶体振荡器研究

提高晶体振荡器频率稳定度的首要手段是保持温度的稳定。基于热电制冷器具有的恒温特性,采用Chip-on-TEC方法,给出了一种高精度的晶体振荡器的设计方案。利用多物理仿真软件,针对商用的音叉型石英晶体,首次建立了32.768 kHz石英晶片的完整的有限元多物理场仿真模型。仿真结果表明,晶体的谐振频率与商用产品完全相同;基于TEC的晶体振荡器设计方案可以使得晶片温度变化低至0.008℃,对应的频率稳定度5.4×10^(-9)。考虑到高精度切型晶片材料的非易得性,所给出的方案为采用低精度切型晶片设计高精度的晶体振荡器提供了思路。

基于激光刻蚀技术石英晶振频率微调系统的设计

根据石英晶振频率微调机理及激光刻蚀特性,设计软件、硬件实现了一个基于PC机和激光器的石英晶振频率微调装置,并提出了一种实用刻蚀方案,可实现对多片晶片同时微调,能有效地消除微调过程中出现的温漂等问题,同时讨论了提高微调速度及合格率的方法.

一种石英晶体谐振器频率粗调机系统

设计一个基于单片机及CPLD的针对32768Hz石英谐振音叉片进行自动加工的机器,该机器用于实现对石英音叉片谐振频率及阻抗的磨削调整。分析了机器结构及磨削机理,并根据多个参考变量设计加工算法以提高加工效率与产品精度。通过一个串口通信网络实现多机器的加工数据通信以增强生产管理效能。

高Q值超低功耗谐振式磁传感器的设计与实现

针对现有谐振式磁传感器原理不能同时实现高品质因数(Q)和低功耗的缺点,利用双端固定石英音叉谐振器与铁镓磁致伸缩合金片复合,设计了一种隔离磁机阻尼的高Q值、数字频率输出的超低功耗谐振式磁传感器。利用音叉谐振器结构的解耦特性,设计应力耦合传递结构,隔离了磁致伸缩材料磁机阻尼,从而保证复合传感器Q值与音叉谐振器Q值相当。在磁场作用下,磁致伸缩力传递到音叉谐振器,由于音叉力敏感特性,实现磁-力-频率转换。制备了铁镓合金/石英音叉谐振器复合敏感结构,测试表明,在低气压封装条件下的品质因数约为16 764,门振荡电路功耗约为124.8μW,在线性区灵敏度为3.05 Hz/Oe,分辨率为6 mOe。

退磁场对磁致伸缩应力耦合谐振磁传感器灵敏度的影响研究

将磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合的谐振式磁传感器具有高灵敏度、高分辨率、高Q值等优良性能。然而,磁性敏感材料的退磁场效应导致磁传感器的灵敏度随敏感材料的尺寸而变化。采用退磁因子计算经验公式与Maxwell电磁仿真相结合,分析了相同截面积、不同长度铁镓(FeGa)磁致伸缩合金的退磁因子,并将退磁因子代入非线性磁致伸缩模型,分析并预测了退磁场对FeGa合金磁致伸缩性能和FeGa/石英音叉谐振器复合谐振式磁场传感器灵敏度的影响。采用10.6 mm、20 mm和30 mm三种不同长度FeGa合金与石英音叉谐振器复合,制备器件实验表明:退磁因子和传感器灵敏度随FeGa合金长度增加而分别减小和增加,最优偏置点的灵敏度分别为3.7 Hz/Oe,5.8 Hz/Oe和9 Hz/Oe,实验结果和理论分析结果较为吻合。

一种高精度抗磁场石英温场测试仪的研究

本文介绍一种新型的耐高强磁场强度干扰的石英晶体音叉温度传感器(QTS)以及以其为核心部件的一套特种温场测试仪。它不仅准确度高、稳定性好、长期稳定性佳,而且抗强磁场干扰。

自带偏置磁路的磁致伸缩合金/石英谐振器复合谐振式磁传感器

将磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种超低功谐振式磁传感器,磁场作用下产生的磁致伸缩力传递至音叉谐振器纵向,引起其频率变化,即磁-力-频率转换实现磁测量。针对所用FeGa合金磁致伸缩效应的非线性特性,采用永磁体设计了一种紧凑结构的小体积偏置磁路,为其提供了合适偏置磁场。通过集总参数方法对偏置磁路进行了建模,并使用有限元软件对沿铁镓合金长度方向的磁感应强度分布进行了仿真。为了减小参数误差对预测的影响,对FeGa处于均匀的磁场中和处于偏置磁路中的2种不同情况,进行了仿真和对比分析。制备器件测试表明:(1)偏置磁路能为传感器提供合适的偏置磁场,与理论结果较吻合;(2)带偏置磁路的谐振式磁传感器在±50 Oe范围内具有较好的线性,非线性误差为3 Hz(1.15%FS),灵敏度为2.6 Hz/Oe,滞后误差为2.6 Hz(1.00%FS),分辨率6 mOe以下。

低功耗差分谐振式mA级DC电流传感器

利用磁致伸缩材料铁镓与双端固定石英音叉谐振器复合的结构,提出了一种数字频率输出的低功耗差分谐振式电流传感器。磁致伸缩材料作为一次敏感单元,在载流导线产生的磁场作用下产生磁致伸缩应力,石英音叉谐振器作为二次敏感单元,实现力-频率转换。采用螺旋线圈进行电流-磁场转换,2个磁敏感单元的差分传感结构在实现力-频率转换系数倍增的同时,能够抑制温度漂移的影响,大大增加了传感器的灵敏度。利用异或门混频调理电路对2个敏感单元的输出取差频,制备了差分谐振式电流传感器并进行了实验,结果表明:传感电路功耗为1.12 mW,传感器的灵敏度为25.2 Hz/A且能够分辨出5 mA的电流变化。