[发明专利]采用混合补偿降低振荡器加速度效应的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及对振荡器进行振动补偿的装置和方法，应用于高精度的频率控制场合，如航空、航天及各种振动场合的精密电子设备。。

背景技术

振荡器如恒温晶体振荡器、原子频率标准等均包含石英晶体。由于石英晶体对加速度敏感，在振动环境下石英晶体参数改变，导致输出频率改变，相位噪声增加，降低了电子设备的性能。

目前人们在机械结构上作了研究，在机械上采取各种缓冲技术，降低振动对振荡器的影响。然而机械上的缓冲仅对高频振动（一般指100HZ以上的振动）有效，对于低频的振动则效果较差。此外振荡器承受恒定的加速度则采用机械缓冲无法解决，如振荡器上下翻转时由于重力加速度导致的频率变化，该频率变化无法采用机械缓冲方式来补偿。并且机械上的缓冲措施增大设备体积和重量，不利于小型化。文献[1] （科学仪器评论,第83卷第6期,2012年6月的论文采用实时数字补偿降低石英谐振器的加速度效应）介绍了利用实时数字补偿降低石英晶体振荡器加速度效应的方法,由于实时补偿需要检测到加速度再产生电压去补偿,延时不可避免,因此实时补偿主要对低于300HZ的振动有效。由于机载、弹载环境的振动频段一般在2～2KHz，机械缓冲主要对100Hz-2KHz频段内的振动有效，而文献[1]公布的补偿方法主要对300Hz以下的振动有效，因此目前没有一种方法可以覆盖全部振动频段。如何既降低2-100Hz的振动对于振荡器的影响，又降低100-2KHz的振动对于振荡器的影响，是本领域技术人员长期以来研究的重要课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种采用机械补偿与实时补偿结合的降低加速度效应的装置和方法，可有效减小2～2KHz振动对于振荡器输出性能的影响，使得采用振荡器作为本地频率标准的电子设备不因为振动而降低其工作性能。

本发明技术方案是：

本发明可降低振荡器加速度效应的装置由振荡器、加速度传感器、加速度补偿电路、弹性支撑和金属外壳组成。加速度传感器与振荡器刚性连接在一起构成振荡器固件，加速度传感器实时检测振荡器承受的加速度；加速度传感器与加速度补偿电路电连接，将加速度值送给加速度补偿电路；加速度补偿电路与振荡器的压控输入端电连接，加速度补偿电路实时产生的补偿电压施加在振荡器的压控输入端。弹性支撑将振荡器和加速度传感器组成的振荡器固件固定在金属外壳上，弹性支撑是一种具有弹性且在0-100g加速度情况下可产生变形且可自恢复的支撑件（如钢丝绳、橡胶垫、弹簧、海棉），可以隔离部分金属外壳承受的机械振动，g为重力加速度。

采用本发明可以达到以下技术效果： 

本发明装置既可以隔离高频振动，又可以对低频振动进行实时补偿，降低了振荡器在2-2KHz频段的振动效应。由于弹性支撑主要针对高频振动进行设计，因此体积尺寸较小。加速度传感器可以采用微机电MEMS传感器，加速度补偿控制电路可采用集成度高的器件，因此整个装置可以封装在一个金属外壳内。在经受振动时，装置可自行降低加速度效应，无需外界干预。

采用本发明所述方法，加速度传感器实时检测振荡器承受加速度，加速度补偿电路实时产生补偿电压施加在振荡器的压控端，抵消由于振动造成的频率变化。弹性支撑则降低了高频振动，而在低频振动时，实时补偿具有较好的补偿效果。因此综合而言，两种方法的结合将使振荡器获得更好的降低加速度效应的效果。

附图说明

图1为本发明装置的总体结构图；

图2为图1中加速度补偿电路的逻辑结构图；

图3为采用三个单轴加速度传感器的模拟补偿电路；

图4为采用一个单轴加速度传感器的模拟补偿电路；

图5为采用一个三轴加速度传感器的模拟补偿电路；

具体实施方式

装置结构如图1所示，装置由振荡器、加速度传感器、加速度补偿控制电路、弹性支撑和金属外壳组成。振荡器是可以在静态下产生稳定输出频率的模块，可以是石英晶体构成的振荡电路，也可是利用原子能级阶跃的原子钟，具有x,y,z三个轴；加速度传感器实时检测振荡器承受的加速度；加速度补偿电路实时产生补偿电压；弹性支撑降低金属外壳带来的振动。