[發明專利]用于石英晶體諧振器溫度計的石英晶體板及其制備方法

在審

• 申請號: 202010411110.2
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111693171A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 王少云;王驥;張良夢;謝龍濤;張陽陽;馬廷鋒;杜建科;趙岷江
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01K7/32
• 分類號: G01K7/32;B28D5/02;B28D5/04;B24B1/00;H03H3/04;C03B33/04;C03B33/07
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

本發明公開了一種用于石英晶體諧振器溫度計的石英晶體板及其制備方法，石英晶體板，其切型表示為(yxwl)φ_l/θ_l，其中：y表示初始板的厚度方向平行y軸，x表示初始板的長度方向平行于x軸，w表示繞著板寬度軸逆時針旋轉φ_l角度，得到第一次旋轉后的板，l表示再繞著第一次旋轉后的板的長度方向逆時針旋轉θ_l的角度，得到第二次旋轉后的板，特點是：14.7°＜φ_l＜17.8°，5.6°＜θ_l＜11.5°，優點在于通過選擇特定的石英晶體板的切型，使切割得到的石英晶體板具有在較寬的范圍內具有良好的線性溫頻關系，可以用于制備石英晶體諧振器溫度計。

技術領域

本發明涉及一種石英晶體板，具體涉及一種用于石英晶體諧振器溫度計的石英晶體板及其制備方法。

背景技術

石英諧振器是利用石英晶體的逆壓電特性將機械振動轉化為精確、穩定頻率的交流電信號的電子器件，它等效于電子振蕩電路，常用于精確計時和頻率控制。石英晶體諧振器的核心部件是一塊石英晶體板，它由精準切割人工生長的石英晶體得到。因為石英晶體是典型的各向異性材料，因此不同的切割角度會引起晶體板性能的改變，具體來說，特定的切割角度稱為切型。

由于石英晶體板的機械振動十分穩定，并且石英又具有壓電效應，其機械振動可以通過外加特定頻率的交變電流進行激發，從而輸出穩定的交流信號源。

石英諧振器產生的信號的頻率十分精確，細微條件的改變就會引起諧振器頻率的變化。當環境溫度發生變化時，諧振器的頻率就會產生細微的漂移，即我們所熟知的溫度-頻率關系，也非常容易檢測。不同的石英晶體切型的諧振器會具有不同的溫頻關系，對于用于計時和頻率控制的諧振器而言，希望工作頻率不受環境溫度的影響，這樣就可以獲得頻率和性能穩定的諧振器。這樣的石英晶體諧振器的常用切型的有AT切和SC切。

但是，也存在一些特定的石英晶體切型，其制成的諧振器的頻率會隨著溫度產生顯著線性變化。很明顯，這類諧振器可以用做溫度傳感器。當環境溫度改變時，通過測量諧振器的頻率變化，根據已知的溫度頻率關系，從而可以推斷出溫度的變化，最后就能精確得到實際溫度了。

基于這個思想，人們已經找到了一些具有較好的線性溫頻關系的石英晶體切型，比如D.L.Hammond和A.Benjaminso在其論文“The Linear Quartz Thermometer--a NewTool for Measuring Absolute and Difference Temperatures, Hewlett-PackardJournal,Vol.16,No.7,pp.1-7,1965.”(線性石英溫度計——一種測量絕對和變化溫度的新工具)中發現的LC切和M.Nakazawa在其論文“Studies of Stress Compensated QuartzResonators with Ultralinear Frequency-temperature Responses,Journal ofApplied Physics,Vol.60,No.10,pp.3765-3771,1986.”(具有超線性溫頻響應和應力補償的石英諧振器研究)發現的NLSC切。因為石英晶體諧振器的頻率精度很高，因此制造出來的溫度計的測量精度也會很高。以LC切溫度計為例，溫度測量精度達到0.0001℃，這么高的精度是其他溫度測試技術無法企及的。