[發(fā)明專利]10MHz石英力敏諧振器集群

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610230366.7
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN107302347A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田文杰;樸林華;馬博;田子敬;樸然
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明——10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群，屬于石英晶體力敏諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計制作領(lǐng)域。傳統(tǒng)的石英晶體諧振器是現(xiàn)代通訊、信號檢測及控制等領(lǐng)域中常見的電子元件，主要用于頻率控制和頻率選擇電路。本發(fā)明——10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群則是利用一定切型的石英晶體諧振器所具有的力頻敏感特性設(shè)計制作的一種特殊結(jié)構(gòu)的力敏諧振器。這種10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群能抑制溫度等干擾因素對諧振頻率的影響，并可作為力敏感元件應(yīng)用于力、形變或慣性檢測控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的石英諧振器作為一種電子元件，其結(jié)構(gòu)有音叉式、圓薄片式、薄矩形式等，電極均為一對電極，整體封裝在一個金屬殼體內(nèi)，外接引線與電路連接形成諧振。這種傳統(tǒng)的石英諧振器主要用于頻率穩(wěn)衡及控制電路等領(lǐng)域。

石英晶體是一種具有壓電效應(yīng)及各向異性特性的結(jié)晶體。由切割而得的石英晶體薄片的性質(zhì)與晶體薄片的取向即切型密切相關(guān)。因此，在一定的切型下石英晶體薄片具有顯著的壓電效應(yīng)，由這種切型的石英晶體構(gòu)成的諧振器具有力敏感特性，即力作用到處于諧振狀態(tài)的石英晶體諧振器時，諧振器的諧振頻率將發(fā)生變化，此即石英晶體諧振器的力頻敏感特性。

在石英晶體諧振器力頻敏感特性的應(yīng)用方面，諧振器的基片有薄圓片式、薄矩形式等形狀，一個基片上只有一對電極，即一個基片構(gòu)成一個諧振器。使用時一般由兩個結(jié)構(gòu)相同的諧振器配對使用以消除溫度等的干擾。

本發(fā)明在厚度為0.16mm的同一石英晶體基片上設(shè)置6對電極，每對電極可構(gòu)成一個獨立的諧振器，分別與各自的激勵電路連接時各諧振器可同時獨立地工作，彼此之間互不干擾，諧振頻率為10MHz，這樣就構(gòu)成了石英力敏諧振器集群。在這種結(jié)構(gòu)的石英力敏諧振器集群的基片的邊緣施加徑向力時，不同位置的諧振器表現(xiàn)出不同的力頻敏感特性。根據(jù)這種力敏特性差異，再利用信息融合技術(shù)，可使這種集群式的石英力敏諧振器的力頻敏感效應(yīng)得到提升，同時可抑制溫度等干擾因素的影響。

經(jīng)查詢，本領(lǐng)域的研究工作除本發(fā)明人及團隊外，未見相關(guān)成果的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群的設(shè)計、結(jié)構(gòu)及制作。發(fā)明的目的是為了解決石英晶體諧振器力頻敏感特性應(yīng)用過程中溫度、工藝等因素對諧振器性能穩(wěn)定性的干擾問題，提供一種性能優(yōu)良并具有顯著力頻敏感效應(yīng)的石英力敏諧振器集群。

本發(fā)明一種10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群，其特點是在同一石英晶體基片上不同位置點有大小和形狀相同的6對獨立電極，每對獨立電極及電極間對應(yīng)的晶體共同構(gòu)成一個獨立諧振器，由此在同一石英晶體基片上可形成6個獨立諧振器，其特征是：所述的10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群，同一石英晶體基片上的各個獨立的諧振器由以晶體基片為鏡像面的兩個對稱金屬電極及電極間的石英晶體構(gòu)成，每對電極通過電極過渡引線及電極外接引線與激勵電路連接；同一石英晶體基片上的各個獨立諧振器均勻地分布在以晶體基片中心為圓心的同一圓周上，晶體基片為薄圓片；所述同一石英晶體基片上的各個獨立的諧振器與自己的激勵電路連接時，能同時獨立工作，互不干擾，基頻諧振頻率為10MHz±2kHz；所述的多電極石英力敏諧振器，電極材料為導電性能良好的金屬材料，如可以是金(Au)、鉑(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)等金屬；電極及電極過渡引線可用濺射、蒸鍍等方法一次沉積完成；所述的10MHz、6對電極的石英力敏諧振器集群，其石英晶體基片的厚度約為0.16mm，基片的直徑為14mm；晶體基片的表面為拋光鏡面；晶體基片的外邊沿為劈型平倒結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明同一石英晶體基片上的各個獨立的諧振器，在一定的徑向力F作用下，可導出如下力頻敏感特性關(guān)系式：

Δf＝K_iΔF (1)

式中，Δf為石英力敏諧振器諧振頻率變化量，ΔF為石英力敏諧振器的受力變化量，K_i為與徑向力加力方位、晶體厚度、電極位置、諧振頻率等有關(guān)的系數(shù)。對一定結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器，在一定的諧振狀態(tài)和加力方式下，K_i為常數(shù)，在這種情況下，諧振器諧振頻率變化量Δf與力變化量ΔF成線性關(guān)系。

本發(fā)明同一石英晶體基片上的各個不同位置的獨立諧振器，由于石英晶體的各向異性特性，各個諧振器對應(yīng)的K_i各不相同。這種差異的存在，為共模抑制材料自身因素的干擾奠定了基礎(chǔ)，也為通過信息融合提高諧振器集群的力頻敏感特性及綜合性能提供了條件。

附圖說明