[发明专利]一种基于石英晶体谐振器的微振动测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微振动测量领域，具体涉及一种基于石英晶体谐振器的微振动测量方法。

背景技术

微振动一般是指结构本体受到环境变化、外部冲击力、其他工作机构运动的影响产生的低g值振动。随着航空航天技术的发展，在利用卫星进行遥感侦察精密定位等领域，测量精度需求不断地提高，微振动测量与抑制技术已经作为关键技术，得到了各国航空航天人的重视，包括我国在内的各国航天机构纷纷建立相关研究实验室进行相关技术的探索，以寻求新的解决方案和技术途径。

目前，常用的测量方式有基于应变效应的测量、光学干涉、激光振动测量、高精度机械加速度计，因其具有体积大、功耗高、成本高等因素，在航空航天应用中受到了一定的限制。

石英晶体谐振器以其高Q值、高频率稳定度被广泛应用于频率控制和通讯等领域。在实际应用中，石英谐振器的谐振频率不仅取决于谐振器的几何尺寸，同时还受到诸如温度、湿度、力、加速度和振动、磁场、电场以及辐射等环境因素的影响。这些环境因素的变化都会不同程度地引起石英谐振器谐振频率的变化。这些因素中，力、加速度和振动等对石英谐振器谐振频率的影响都是通过力—频效应起作用的。力—频效应就是当石英谐振器受到外加作用力、加速度和振动、电极变形或其它因素所引起的应力的作用时，产生谐振频率偏移的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于石英晶体谐振器的微振动测量方法，利用石英晶体谐振器的力—频特性，将微振动转换为石英晶体的应变，使石英晶体谐振器产生频偏，通过测频偏得到被测的微振动量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于石英晶体谐振器的微振动测量方法，该方法包括以下步骤：

(1)通过机械结构采集振动面产生的待测量的微振动信号；

(2)机械结构将微振动信号转换为应力F加载到石英晶体谐振器的振子上，振子受力(或应变)的作用时，其谐振频率随力的改变而线性变化，使石英晶体谐振器产生频偏；

(3)石英晶体谐振器接入振荡激励电路中，振荡激励电路在上电后输出频率为f的矩形波，在接入石英晶体谐振器后，其输出矩形波频率为石英晶体谐振器的固有谐振频率f₀；当石英晶体谐振器的谐振频率发生线性变化时，振荡激励电路输出的矩形波频率随之发生改变；

(4)采集振荡激励电路输出的频率偏移量，将其转换为振动参数输出。

进一步地，所述石英晶体谐振器由石英晶片(即振子)、电极和电极引线三部分组成；电激励信号通过电极引线和电极加在石英晶片上，使其产生机械振动，同时从电极上可以取到相应的电信号；当激励信号的频率与石英晶片的固有频率f₀相一致时，石英晶片将产生谐振。

进一步地，制作石英晶片的石英材料选型应综合考虑获取尽量大的力灵敏度、频率工作范围以及最佳的频率—温度特性，根据具体应用选择对应的切形和加力方向。

进一步地，所述机械结构包括弹簧紧固件、壳体、质量块、预紧细丝、电极引线、和外电极；弹簧紧固件的一端固定在壳体顶部，另一端固定质量块，石英晶体谐振器通过预紧细丝一端与质量块底部固定连接，另一端固定在壳体底部；石英晶体谐振器的电极通过电极引线与外电极焊接在一起；利用弹簧紧固件以及预紧细丝对石英晶体谐振器及质量块施加预紧力；将机械结构的壳体底面与待测微振动面刚性地固定在一起，使机械结构内的质量块与石英晶体谐振器有相同的运动并受到与加速度方向相同的惯性力作用。

本发明的有益效果是：本发明方法依据石英晶体谐振器的力—频效应，即当石英晶体谐振器的振子受力(或应变)的作用时，谐振器的谐振频率会随力的改变而线性变化。本发明的核心为将微振动转换为石英晶体的应变，使石英晶体谐振器产生频偏，通过测频偏得到被测的微振动量。本发明微振动测量方法具有功耗低、精度高、数字化、结构简单易实现、加工成本低的特点。

附图说明

图1为本发明方法原理图；

图2为机械结构与石英晶体谐振器连接示意图；

图3为振荡激励电路示意图；

图中，1-弹簧紧固件，2-壳体，3-质量块，4-石英晶体谐振器，5-预紧细丝，6-外围电路，7-待测微振动面，8-电极引线，9-外电极。

具体实施方式

实施例1