[發明專利]至少一階和二階溫度補償諧振器

有效

• 申請號: 201080056806.2
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102687394A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: T·黑塞勒;T·科奴斯;K·特倫皮
• 申請（專利權）人: 斯沃奇集團研究和開發有限公司
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;G04B17/06;G04B17/22
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 高美艷;吳鵬

技術領域

本發明涉及一種用于制造時基或頻率基的游絲、MEMS或音叉類型的溫度補償諧振器，該諧振器的至少一階和二階溫度系數基本上為零。

背景技術

文獻EP?1?422?436公開了一種由硅形成且涂覆有二氧化硅的游絲，以便使溫度系數在COSC（瑞士官方天文臺表測試機構）認證過程溫度——即，在+8℃和+38℃之間——附近基本上為零。類似地，文獻WO2008-043727公開了一種MEMS諧振器，該諧振器在相同的溫度范圍內具有其楊氏模量漂移低的類似性能。

然而，在上述文獻中僅二階頻率漂移根據應用需要復雜的校正。例如，對于能夠得到COSC認證的電子表，必須根據溫度測量實施電子校正。

發明內容

本發明的目的是，通過提供一種至少一階和二階溫度補償諧振器來克服上述全部或部分缺點。

因此，本發明涉及一種溫度補償諧振器，該諧振器包括使用時變形的本體，本體的芯部包括第一材料，其特征在于，所述本體包括分別由第二材料和第三材料制成的至少第一涂層和第二涂層，每種材料的楊氏模量隨溫度的變化是不同的，所述至少第一涂層和第二涂層的各自厚度調整成允許所述諧振器具有隨溫度基本上為零的一階和二階頻率變化。

有利地，根據本發明，使用時變形的諧振器本體具有與待補償的溫度系數的階數一樣多的涂層。因此，根據芯部和各涂層的材料的各階的大小和表征（signes），計算出每層厚度，以便相互補償。

根據本發明的其它有利特征：

-本體包括由第四材料制成的第三涂層，該第四材料的楊氏模量隨溫度的變化與芯部以及其它涂層的材料的不同，所述三個涂層的各自厚度調整成允許所述諧振器具有隨溫度基本上為零的一階、二階和三階頻率變化；

-芯部本體具有隨溫度的一階和二階楊氏模量變化，該變化是負的，像單晶硅一樣；

-本體包括基本上四邊形形狀的截面，該本體的面是成對相同的或全部涂覆有涂層；

-第一涂層具有隨溫度的正一階和負二階楊氏模量變化，例如二氧化硅；

-第二涂層具有隨溫度的正二階和正一階楊氏模量變化，例如二氧化鍺，或具有隨溫度的負一階楊氏模量變化；

-第一涂層與第二涂層順序顛倒；

-所述涂層優先沉積在與本體的中性面平行的表面上，以便以盡可能大的強度改善所述諧振器的頻率;

-本體是圍繞其自身卷繞的桿以形成游絲，并聯接到慣性飛輪上，或包括至少兩個對稱安裝的桿以形成音叉，或者它是MEMS諧振器。

最后，本發明還涉及一種時基或頻率基，例如鐘表，其特征在于，它包括至少一個根據前述變型的任何一個的諧振器。

附圖說明

從下列參考附圖通過非限制性示例給出的描述中，可以清楚發現其它特征和優點，其中：

-圖1是游絲的總體透視圖；

-圖2是圖1的游絲的代表性截面；

-圖3是根據本發明的幾個實施例的視圖；

-圖4是示出根據本發明的第一實施例的各種材料的彈性模量的曲線圖；

-圖5是示出根據本發明的第二實施例的各種材料的彈性模量的曲線圖；

-圖6是示出根據本發明的諧振器沒有頻率變化的曲線圖；

-圖7是示出涂覆有二氧化硅的硅游絲的一階和二階溫度系數變化的曲線圖；

-圖8是示出涂覆有二氧化鍺的硅游絲的一階和二階溫度系數變化的曲線圖；

-圖9是示出涂覆有二氧化硅和二氧化鍺的硅游絲的一階和二階溫度系數變化的曲線圖。

具體實施方式

如上所述，本發明涉及一種諧振器，該諧振器可以是游絲、音叉或更一般地MEMS（“微機電系統”）諧振器。為了簡化本發明的解釋，下面展示的應用僅涉及游絲。然而，本領域技術人員可以根據下文給出的啟示無過多困難地完成像上述諧振器一樣的其它諧振器應用。

類似地，下面的解釋涉及本體的芯部，在我們的示例中為由單晶硅形成的游絲。然而，芯部的材料不限于單晶硅，而是可擴展到不同類型的材料，例如多晶硅、玻璃、氮化物、鉆石、單晶石英或金屬。

圖6的曲線圖示出作為溫度的函數的當前諧振器的頻率漂移特征。標為“z切石英”的第一條實線曲線示出通過輕微轉動z切制成的32kHz單晶石英音叉的頻率漂移。標為“Si-SiO₂”的第二條虛線曲線示出涂覆有二氧化硅的硅MEMS諧振器的頻率漂移。