[发明专利]石英音叉匹配电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电路,尤其涉及一种石英音叉的匹配电路。

背景技术

石英音叉（TuningForks,TF）是利用石英晶体的压电效应而制成的一种谐振元件。由于石英晶体来源广泛、化学性能稳定、弹性系数高、热膨胀系数小、频率稳定性强、品质因子（Q值）高和能够自身起振的优点，保证了系统具有很高的灵敏度，是时钟电路中最重要的部件，并可在原子力显微镜（AtomicForce Microscope,AFM）、石英晶体微天平（QuartzCrystalMicrobalance,QCM）中得到广泛应用。向石英音叉的两电极施加交流电压可激励其振动，通过检测流过石英音叉的电流值可以检测石英音叉双臂的振动状态，石英音叉自激振荡于实时共振频率处时，石英音叉处于近谐振状态。

在如图1所示的石英音叉（TuningForks,TF）的等效电路中，R、L、C为石英音叉固有的谐振特性参数，C₀为石英音叉两个电极间的寄生电容，寄生电容C₀是由于接触及连线产生的寄生电容，随着连接的不同及各种外界因素的影响而改变。特性参数L、R、C与压电机械常数α有关，α是谐振器的特征常数，保持不变，k为弹簧系数，m为质量。其中，L=m/α²，C=α²/k，R=mΔω/α²，音叉等效电路的谐振频率为：f=12πLC0+C0C0C=12πLC1+CC0,]]>谐振频率与L，C，C₀均有关；音叉等效电路的品质因子为：

在通常情况下，谐振特性参数R、L、C是保持不变的，石英音叉的品质因子Q也应保持不变。但在一些特殊的使用环境中，诸如石英暴露在空气中、基座固定、基座磨损以及音叉壁粘上外物等情况下，石英音叉的结构都遭到一定程度的改变，对应的质量m发生改变导致其谐振特性参数R、L、C相对于之前发生了改变，寄生电容C₀也大大增加，引起石英音叉电路失配，图2为音叉失配前后对比的频率特性曲线图。石英音叉共振时，通过LRC支路的电流与电压同相，通过寄生电容C₀的电流有90°的相移，导致了谐振频率的不对称性和谐振频率的偏移，进而使音叉谐振振幅及振动的品质因子大幅下降。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种石英音叉匹配电路，能够有效解决石英音叉谐振频率的不对称性和谐振频率的偏移的问题。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种石英音叉匹配电路，该电路包括：石英音叉电路；

与所述石英音叉电路连接的补偿电路，所述补偿电路产生一补偿电容；所述补偿电容的值接近于石英音叉电路产生的寄生电容的值，其相差值落在寄生电容值的±5%以内；变压器，输入信号加到所述变压器的输入端，所述变压器具有两个输出端，分别向所述石英音叉电路和所述补偿电路提供相位差为π的输入信号。

优选地，所述补偿电路包括一可变电容，所述可变电容并联于所述石英音叉电路的两端。

优选地，所述补偿电路包括多个可变电容，该多个可变电容串联后再并联于所述石英音叉电路的两端。

优选地，所述石英音叉电路的两端还并联有一电容元件，该电容元件与所述石英音叉电路具有相同的输入信号；所述电容元件为可变电容。

优选地，所述石英音叉匹配电路的输出端还连接有一锁相放大器。