Variazione della frequenza di risonanza del cristallo di quarzo con pressione atmosferica?

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Abbiamo un cristallo di quarzo nudo e stiamo misurando la sua frequenza di risonanza con una precisione molto elevata (1 ppb). Mentre scorre tra la pressione atmosferica e il vuoto, sembra esserci un cambiamento nella frequenza. Potrebbe essere perché il cristallo viene compresso? Come posso calcolare la variazione di frequenza se è così?

Il cambiamento inatteso, in ambiente a temperatura controllata, è di circa 400 ppb

crystal

— Dirk Bruere
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Solo per curiosità, quanto è significativo un cambiamento nella frequenza? Sono sicuro che ci saranno effetti dalla pressione ambientale, ma potrebbe anche cambiare la temperatura, tornando alla temperatura ambiente quando c'è aria attorno ad essa per scambiare di nuovo calore. E sono certo che i cambiamenti di temperatura cambieranno la sua frequenza.

— Focolare il

È un'unità sigillata, quindi le forze verranno generate sul corpo della custodia metallica quando la pressione viene presa al di sopra o al di sotto del valore nominale. Questo avrà qualche effetto. Quanto cambiamento hai visto? Inoltre, era la serie o la risonanza parallela che stavi misurando e quel cristallo era specificato per essere usato nella sua serie o risonanza parallela?

— Andy alias il

@Andyaka È un cristallo di base aperto al vuoto

— Dirk Bruere,

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L'umidità dovrebbe anche avere un effetto smorzante, se aperta all'atmosfera. Abbassando 'Q'.

— Optionparty,

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Quando lavori a livelli quasi vicini alla perfezione, è facile trovare qualcosa che lo rende meno perfetto.

— Sparky256,

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Ricorda che un cristallo agisce sul movimento meccanico. Quando qualcosa vibra nell'aria, parte dell'energia viene trasferita nell'aria. Gli altoparlanti si basano su questo, per esempio.

Tutto ciò che vibra nell'aria emetterà un suono, il che significa che una parte dell'energia vibrante viene trasferita nell'aria. Con l'aria intorno al cristallo, parte dell'energia immagazzinata alla risonanza viene persa nell'aria ogni ciclo. In effetti ciò abbassa la Q del cristallo. Questo effetto deve essere piuttosto piccolo, ma non sembra un allungamento riuscire a misurarlo a livello di PPB.

— Olin Lathrop
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È un cristallo di base aperto al vuoto

Quindi lo smorzamento del movimento meccanico dipende dalla pressione e questo può alterare leggermente il picco di risonanza (serie e parallelo). Genererà onde sonore che rappresentano una perdita per il circuito risonante e nel vuoto questa perdita sarebbe minore ed è probabile che la frequenza di risonanza aumenti leggermente.

— 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 breve, la pressione influenza sicuramente la frequenza di risonanza di un cristallo di quarzo : con un uso attento delle formule sopra e delle caratteristiche (conosciute?) Del tuo cristallo di quarzo, puoi provare a valutare se è davvero quello che ti dà un " così grande "cambiamento nella frequenza di risonanza che si misura. Infine, lasciami condividere con te alcune note :

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

[1] Blackburn, JF (1949), Manuale dei componenti , MIT Radiation Laboratory Series 17, New-York, Toronto e Londra: McGraw-Hill Book Company, Inc.

— Daniele Tampieri
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Un altro modo di vedere l'effetto (anche se solo un'approssimazione) è che all'aumentare della pressione, più atmosfera si muove insieme al cristallo mentre vibra (la profondità della pelle) e, in un certo senso, aumenta la sua massa, rallentando così la sua vibrazione. Naturalmente, questo modello cade a pezzi se il tasso di vibrazione mette il movimento del cristallo al di sopra della velocità del suono ....

— Jeff Diamond
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Oltre a ciò che altri hanno scritto lasciatemi dire, questa è la frequenza dell'errore dipende dal rapporto di capacità di carico effettivo sulla capacità di movimento Oltre all'induttanza in serie che si traduce in un valore Q risonante. Ho lavorato con molti diversi tipi di cristalli dal taglio a 5 ° X per VLF alla famiglia di curve del tuo taglio AT standard, che ha una risposta di temperatura del terzo ordine e un Q> 10.000 e l'altissima Q di 100.000 o più per i cristalli tagliati SC che si trovano in genere in tutti gli OCXO.

L'abilità polare della frequenza centrale di qualsiasi cristallo dipende solo dalla Q e dal rapporto condensatore max / min applicato. Suppongo che questo sia per risonanza parallela. Considerando i risultati di 400 ppb o 0,4 ppm, mi aspetto che questo sia un cristallo standard con taglio AT. Ci si può aspettare che questi siano tirati di almeno +/- 200 ppm. Potrei anche presumere che tu abbia scelto un taglio angolare che produce zero sensibilità alla temperatura sull'altro tuo setpoint T o punto di inclinazione nullo ad una certa temperatura.

Pertanto un rapporto di 0,4 / 200 [ppm / ppm] è solo dello 0,2% ma apparentemente eccessivo. Un cristallo SC rinforzato dovrebbe essere più piccolo di 1000x.

Spero che questa intuizione ti aiuti a correggere l'errore.

Un tempo nella mia carriera ho potuto testare qualsiasi cristallo AT ed estrapolare l'equazione del 3 ° ordine da f vs T a <100 ppb solo con due misurazioni f a 40 ° C, 70 ° C da un'equazione derivata dall'adattamento della curva polinomiale. Ciò ha permesso di realizzare un TCXO da 25 cent 1ppm in produzione.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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