Änderung der Resonanzfrequenz des Quarzkristalls mit dem Atmosphärendruck?

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Wir haben einen bloßen Quarzkristall und messen seine Resonanzfrequenz mit einer sehr hohen Genauigkeit (1 ppb). Beim Wechsel zwischen Atmosphärendruck und Vakuum scheint sich die Frequenz zu ändern. Könnte dies daran liegen, dass der Kristall komprimiert wird? Wie kann ich die Frequenzänderung berechnen, wenn dies so ist?

In einer temperaturkontrollierten Umgebung beträgt die unerwartete Änderung etwa 400 ppb

crystal

— Dirk Bruere
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Nur aus Neugier sehen Sie, wie bedeutend eine Frequenzänderung ist? Ich bin mir sicher, dass es Auswirkungen auf den Umgebungsdruck geben wird, aber es kann auch sein, dass sich die Temperatur ändert und zur Umgebungstemperatur zurückkehrt, wenn sich Luft darum befindet, um wieder Wärme auszutauschen. Und ich bin sicher, dass Temperaturänderungen die Frequenz ändern würden.

— Herd

Es handelt sich um eine versiegelte Einheit, so dass auf das Gehäuse des Metallgehäuses Kräfte ausgeübt werden, wenn der Druck über oder unter dem Nennwert liegt. Dies wird einige Auswirkungen haben. Wie viel Veränderung hast du gesehen? War es auch die Serien- oder Parallelresonanz, die Sie gemessen haben, und war dieser Kristall für die Verwendung in seiner Serien- oder Parallelresonanz spezifiziert?

— Andy aka

@Andyaka Es ist ein Basiskristall, der für das Vakuum geöffnet ist

— Dirk Bruere

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Luftfeuchtigkeit sollte auch dämpfend wirken, wenn sie zur Atmosphäre hin offen ist. Q senken.

— Optionparty

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Wenn Sie nahezu perfekt arbeiten, ist es leicht, etwas zu finden, das die Perfektion beeinträchtigt.

— Sparky256

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Denken Sie daran, dass ein Kristall auf mechanische Bewegung wirkt. Wenn etwas in der Luft vibriert, wird etwas Kraft in die Luft übertragen. Darauf verlassen sich beispielsweise Lautsprecher.

Alles, was in der Luft vibriert, erzeugt Geräusche, was bedeutet, dass etwas Energie von dem vibrierenden Ding in die Luft übertragen wird. Mit Luft um den Kristall geht bei jedem Zyklus ein Teil der bei Resonanz gespeicherten Energie an die Luft verloren. Dies senkt effektiv die Güte des Kristalls. Dieser Effekt muss recht gering sein, aber es scheint nicht so, als wäre es eine Strecke, ihn auf PPB-Ebene messen zu können.

— Olin Lathrop
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Es ist ein Grundkristall, der für das Vakuum offen ist

Dann ist die Dämpfung der mechanischen Bewegung druckabhängig und dies kann die Resonanzspitze (seriell und parallel) geringfügig verändern. Es werden Schallwellen erzeugt, die einen Verlust für den Resonanzkreis darstellen, und in einem Vakuum wäre dieser Verlust geringer und es ist wahrscheinlich, dass die Resonanzfrequenz leicht ansteigt.

— Andy aka
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$x$ $x$ $d$

\begin{matrix} (1) & f = \frac{2.86}{d} (M H z) \end{matrix}

$f=\frac{2.86}{d}\quad\text{($\mathrm{MHz}$)}\tag{1}\label{1}$

d

$d$

d

$d$

\begin{matrix} (2) & ε_{x x} = - \frac{1}{K_{x}} σ_{x x} \end{matrix}

$\varepsilon_{xx}=-\frac{1}{K_x}\sigma_{xx}\tag{2}\label{2}$

$\varepsilon_{xx}\equiv \frac{\Delta d}{d}$
$\sigma_{xx}\equiv p_x$ $x$
$K_x$ $x$

In der Summe beeinflusst der Druck sicherlich die Resonanzfrequenz eines Quarzkristalls : Durch sorgfältige Verwendung der obigen Formeln und der (bekannten?) Eigenschaften Ihres Quarzkristalls können Sie versuchen, zu bewerten, ob es wirklich der ist, der Ihnen eine " so große "Änderung in der Resonanzfrequenz, die Sie messen. Lassen Sie mich zum Schluss einige Anmerkungen mit Ihnen teilen :

$\eqref{1}$
$\eqref{2}$

[1] Blackburn, JF (1949), Components Handbook , Serie 17 des MIT Radiation Laboratory, New York, Toronto und London: McGraw-Hill Book Company, Inc.

— Daniele Tampieri
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Eine andere Möglichkeit, den Effekt zu betrachten (obwohl dies nur eine Annäherung ist), besteht darin, dass sich mit zunehmendem Druck mehr Atmosphäre zusammen mit dem Kristall bewegt, wenn dieser vibriert (die Hauttiefe) und in gewisser Weise seine Masse erhöht, wodurch seine Vibration verlangsamt wird. Natürlich fällt dieses Modell auseinander, wenn die Schwingungsrate die Kristallbewegung über die Schallgeschwindigkeit bringt ....

— Jeff Diamond
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Lassen Sie mich zusätzlich zu dem, was andere geschrieben haben, sagen, dass die Fehlerfrequenz von dem effektiven Lastkapazitätsverhältnis von der Bewegungskapazität abhängt. Zusätzlich zu der Reiheninduktivität, die zu einem resonanten Q-Wert führt. Ich habe mit vielen verschiedenen Arten von Kristallen gearbeitet, vom 5 ° X-Schnitt für VLF bis zur Kurvenfamilie Ihres Standard-AT-Schnitts, der einen Temperaturgang dritter Ordnung und einen Q> 10.000 und einen sehr hohen Q von 100.000 oder mehr für hat die SC-geschnittenen Kristalle, die typischerweise in allen OCXOs zu finden sind.

Die Poleigenschaft der Mittenfrequenz eines Kristalls hängt nur von der Güte und dem angewendeten maximalen / minimalen Kondensatorverhältnis ab. Ich gehe davon aus, dass dies für Parallelresonanz ist. In Anbetracht Ihrer Ergebnisse von 400 ppb oder 0,4 ppm erwarte ich, dass dies ein Standardkristall mit AT-Schnitt ist. Es ist zu erwarten, dass diese um mindestens +/- 200 ppm gezogen werden. Ich könnte auch annehmen, dass Sie einen Winkelschnitt gewählt haben, der bei einem anderen T-Sollwert oder einem Null-Steigungspunkt bei einer bestimmten Temperatur keine Temperaturempfindlichkeit erzeugt.

Daher ist ein Verhältnis von 0,4 / 200 [ppm / ppm] nur 0,2%, aber anscheinend übermäßig. Ein robuster SC-Kristall sollte 1000x kleiner sein.

Ich hoffe, dieser Einblick hilft bei Ihrer Fehlerkorrektur.

Zu einer Zeit in meiner Karriere konnte ich jeden AT-Kristall testen und die Gleichung 3. Ordnung von f vs T mit nur zwei f-Messungen bei 40 ° C und 70 ° C auf <100 ppb extrapolieren. Dies ermöglichte die Herstellung eines 25-Cent-1-ppm-TCXO in der Produktion.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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