[发明专利]用于对石英振荡器的G灵敏度进行测量的方法和系统

说明书

提供一种用于对石英振荡器的g灵敏度进行估计的方法和系统，其包括使石英振荡器围绕构成满秩系统的多个轴中的每个轴连续地旋转，在旋转期间以预定速率作为时间的函数来对石英振荡器的频率进行测量，并且在石英振荡器旋转时对积分g灵敏度向量进行估计。可以利用数据拟合和估计模型(例如，在一个示例中为最小二乘法(LSM))、使用在石英振荡器围绕轴旋转时获得的频率测量值来执行估计。该方法和系统对于测量结合在高精度系统(诸如导航接收器)中的石英振荡器的g灵敏度特别有用，所述高精度系统在受到振动效应和其他机械力的环境中工作。

技术领域

本发明总体上涉及对采用石英振荡器的部件和系统进行测试，并且更具体地涉及对在导航系统等中使用的石英振荡器的加速效应的灵敏度进行测量。

背景技术

石英振荡器用于需要稳定频率参考的许多不同设备、系统和应用中，例如，包括计算机、通信、无线电定位和导航。石英振荡器通常提供必要的频率稳定性，并且与原子、铷和其他频率参考相比，可以成为更具成本效益的替代品。

振荡器的关键性能指标是在存在环境诱导效应的情况下的频率稳定性，其中一些环境诱导效应会导致包含振荡器的设备和系统的显著性能下降。例如，频率稳定性是导航系统中使用的振荡器的关键设计参数，其中准确性至关重要。由于环境条件，导航系统容易受到性能下降的影响，因此，用作频率参考的振荡器的质量和性能的任何妥协都可能对导航系统的准确性产生不利影响。对产品性能的期望不断提高，这继而又导致系统规范对单个部件(诸如振荡器)的性能要求不断提高。

各种因素会对石英振荡器的频率稳定性产生负面影响，这种影响通常表现为不希望的频移。例如，这种频移可能由诸如以下的条件引起：温度变化(例如，环境温度的变化和/或对振荡器内的元件的热传递效应)；湿度；压力；电源电压或负载的变化；外部电磁场的存在；或部件的老化。

还已知振荡器对由冲击、旋转、振动、运动和倾斜引起的加速度非常敏感。对于需要高精度振荡器的应用(诸如导航系统)而言，此类条件可能尤其成问题。例如，导航系统现在广泛用于建筑和农业应用的重型装备和机械(例如，“移动机器”)的操作。例如，操作装备可以包括车载导航接收器，以有助于精确引导的挖掘、道路维修、农作物收割或任何数量的其他任务。鉴于这些应用中的服务条件的性质，冲击和振动引起的效应会对利用石英振荡器的导航接收器的精度产生不利影响。例如，在操作期间，安装在移动机器上的导航接收器可能会受到干扰，诸如在移动期间的晃动、以及来自机器上的工作组件的动作的颠簸、冲击或振动。尽管可以在装备和系统中采用各种技术来减轻或校正这些影响，但在将此类装备投入服务之前仍然需要更好的测试和测量方法。

确保石英振荡器满足必要的性能标准需要准确可靠的测试和验证技术以测量频率和振动稳定性，且特别是振荡器对加速度的灵敏度。对石英振荡器响应于加速度效应的稳定性的估计称为g灵敏度，其被定义为振荡器的输出频率在施加到振荡器的一个g的加速度下的相对变化，其中g是地球表面在海平面上的重力加速度(约等于9.81m/s²)。

振荡器的g灵敏度可以在振荡器的制造过程期间被测量，并且为此目的，振荡器制造商已经使用了各种众所周知的技术。然而，一旦将振荡器集成到电路板上并进一步集成到诸如导航接收器等之类的系统中，测试和验证程序就会变得更加复杂。例如，测量安装在电路板上但不在装备外壳内的石英振荡器的g灵敏度会引入可能影响g灵敏度估计值的热效应。此外，石英振荡器是批量生产的，鉴于采用这些设备的性能要求和操作条件的范围广泛，因此会引起质量控制问题。正如预期的那样，那些为商业和工业应用(这些应用经受更极端的振动和其他环境条件)制造或使用导航系统的人不一定依赖于由服务于广泛的设备应用的振荡器设备制造商执行的测试。