本發(fā)明屬于諧振器，具體涉及一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、石英諧振器是利用電信號頻率等于石英晶片固有頻率時(shí)，晶片因壓電效應(yīng)而產(chǎn)生諧振現(xiàn)象的原理制成的器件。它在穩(wěn)頻、選頻和精密計(jì)時(shí)等方面有突出的優(yōu)點(diǎn)，是晶體振蕩器和窄帶濾波器等的關(guān)鍵元件。

2、溫度是影響石英諧振器頻率穩(wěn)定性的最主要因素之一。在設(shè)計(jì)寬溫度范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定工作的石英諧振器時(shí)，切型的設(shè)計(jì)對于性能的影響尤為巨大。如圖1所示為石英晶體的幾種切型示意圖，主要有at切、bt切、fc切、sc切等。石英晶片的剛度系數(shù)、柔順系數(shù)、各階頻率溫度系數(shù)、壓電常數(shù)等參數(shù)都與切型有密不可分的關(guān)系。若能通過石英晶片參數(shù)與切型之間的關(guān)系準(zhǔn)確高效的實(shí)現(xiàn)切型設(shè)計(jì)，將對穩(wěn)頻諧振器產(chǎn)品的開發(fā)周期和切角設(shè)計(jì)的創(chuàng)新起到重大推動(dòng)作用。

3、目前，現(xiàn)有的切型設(shè)計(jì)方法主要是通過一些理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算，選擇合適的單轉(zhuǎn)角或者雙轉(zhuǎn)角切型，這樣可以在一定限定內(nèi)補(bǔ)償由于溫度變化引起的頻率改變，從而減少頻率的溫度敏感性。例如，單轉(zhuǎn)角(yxl?35.25°)的at切具有零溫度系數(shù)，雙轉(zhuǎn)角(yxwl22.5°，34.11°)的sc切型石英晶片具有低溫頻系數(shù)和零應(yīng)力系數(shù)，其制作而成的石英諧振器具有較好的頻率溫度特性。

4、然而，現(xiàn)有切型設(shè)計(jì)方法在處理復(fù)雜的溫度場時(shí)，理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算步驟往往需要大量的手工調(diào)整和驗(yàn)證，這不僅耗時(shí)耗力，還容易計(jì)算出錯(cuò)。且多次轉(zhuǎn)角切型與關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算關(guān)系步驟繁冗，也會導(dǎo)致石英切型設(shè)計(jì)周期較長。此外，現(xiàn)有切型設(shè)計(jì)方法無法直觀的觀察數(shù)據(jù)，不便于設(shè)計(jì)人員理解和分析數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、第一方面，本發(fā)明提出了一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，包括：

3、響應(yīng)于用戶在交互界面上輸入的切型，確定坐標(biāo)變換矩陣與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式、以及關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式；其中，關(guān)鍵參數(shù)包括石英晶體的剛度系數(shù)、壓電系數(shù)以及彈性系數(shù)；

4、基于坐標(biāo)變換矩陣與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式、關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式以及關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)閾值，篩選出滿足所有設(shè)計(jì)閾值的轉(zhuǎn)角范圍；

5、根據(jù)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的各階溫頻系數(shù)，確定每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線；

6、基于預(yù)設(shè)頻偏范圍和所有溫頻曲線，遍歷轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的所有轉(zhuǎn)角，找出與預(yù)設(shè)頻偏范圍對應(yīng)的最寬溫度范圍，將最寬溫度范圍所在的溫頻曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)角作為推薦切型設(shè)計(jì)。

7、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

8、輸出坐標(biāo)變換矩陣與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式、關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式至交互界面進(jìn)行展示。

9、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

10、響應(yīng)于用戶在交互界面上輸入的切型以及環(huán)境溫度信息，生成關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角的四維可視化圖像；四維可視化圖像用于通過交互界面向用戶展示。

11、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

12、從四維可視化圖像上選出與轉(zhuǎn)角范圍對應(yīng)的部分四維可視化圖像；部分四維可視化圖像用于通過交互界面向用戶展示。

13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的各階溫頻系數(shù)，確定每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線，包括：

14、基于預(yù)設(shè)的溫頻系數(shù)預(yù)測模型，確定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的一、二、三階溫頻系數(shù)；其中，溫頻系數(shù)預(yù)測模型是基于石英晶體的溫頻特性，結(jié)合石英晶體的厚度、振動(dòng)頻率計(jì)算公式以及頻率漂移公式，建立的一、二、三階溫頻系數(shù)與轉(zhuǎn)角的理論推導(dǎo)公式；

15、根據(jù)每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的一、二、三階溫頻系數(shù)，確定每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線。

16、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

17、基于溫頻系數(shù)預(yù)測模型，得到一、二、三階溫頻系數(shù)隨轉(zhuǎn)角變化的四維散點(diǎn)圖；四維散點(diǎn)圖用于通過交互界面向用戶展示。

18、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基于預(yù)設(shè)頻偏范圍和所有溫頻曲線，遍歷轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的所有轉(zhuǎn)角，找出與預(yù)設(shè)頻偏范圍對應(yīng)的最寬溫度范圍，將最寬溫度范圍所在的溫頻曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)角作為推薦切型設(shè)計(jì)，包括：

19、定義一個(gè)全局變量max_len；

20、對于轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的某一轉(zhuǎn)角，以該轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線為基準(zhǔn)，通過升高或降低溫度，使得石英晶體的工作頻率發(fā)生偏移，找出溫度改變時(shí)頻率變化仍然處于頻偏范圍內(nèi)的溫度范圍，定義為局部變量len；

21、若len>max_len，則更新全局變量max_len為當(dāng)前局部變量len；

22、遍歷轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的所有轉(zhuǎn)角，將最終的全局變量max_len確定為能夠穩(wěn)定石英諧振器頻率的最寬溫度范圍，并將最寬溫度范圍所在的溫頻曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)角作為推薦切型設(shè)計(jì)。

23、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

24、輸出最寬溫度范圍、對應(yīng)的轉(zhuǎn)角以及對應(yīng)的各階溫頻系數(shù)至交互界面進(jìn)行展示。

25、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

26、響應(yīng)于用戶在交互界面上輸入的切型、切型轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度信息以及頻偏范圍，確定坐標(biāo)變換矩陣與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式、關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式，以及坐標(biāo)變換矩陣和關(guān)鍵參數(shù)的具體數(shù)值，并輸出至交互界面進(jìn)行展示。

27、第二方面，本發(fā)明提出了一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：

28、數(shù)據(jù)處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一方面提出的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法；

29、顯示模塊，連接數(shù)據(jù)處理模塊，用于顯示交互界面。

30、本發(fā)明的有益效果：

31、1、本發(fā)明提出的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，通過坐標(biāo)變換自動(dòng)推導(dǎo)出石英諧振器在不同溫度場下的切型關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，并對滿足穩(wěn)頻諧振器各關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)閾值的轉(zhuǎn)角點(diǎn)進(jìn)行了篩選，最后利用轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線在篩選出的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)找到可以獲取寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型。該方法可以實(shí)現(xiàn)理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算的自動(dòng)化計(jì)算，減少了人工干預(yù)，提高了計(jì)算準(zhǔn)確性，同時(shí)通過對轉(zhuǎn)角范圍的篩選，減小了計(jì)算量，提高了計(jì)算效率，從而縮減了穩(wěn)頻諧振器產(chǎn)品的開發(fā)周期；

32、2、本發(fā)明還利用四維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將算法實(shí)現(xiàn)過程中的復(fù)雜四維數(shù)據(jù)以直觀、清晰的方式展示在交互界面，使用戶能夠更好地理解和分析數(shù)據(jù)。

33、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)所述轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的各階溫頻系數(shù)，確定每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于預(yù)設(shè)頻偏范圍和所有溫頻曲線，遍歷所述轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的所有轉(zhuǎn)角，找出與所述預(yù)設(shè)頻偏范圍對應(yīng)的最寬溫度范圍，將最寬溫度范圍所在的溫頻曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)角作為推薦切型設(shè)計(jì)，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

10.一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)頻諧振器的切型設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)，屬于諧振器技術(shù)領(lǐng)域，方法包括：響應(yīng)于用戶在交互界面上輸入的切型，確定坐標(biāo)變換矩陣與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式、以及關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式；基于坐標(biāo)變換矩陣與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式、關(guān)鍵參數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的表達(dá)式以及關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)閾值，篩選出滿足所有設(shè)計(jì)閾值的轉(zhuǎn)角范圍；根據(jù)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的各階溫頻系數(shù)，確定每個(gè)轉(zhuǎn)角對應(yīng)的溫頻曲線；基于預(yù)設(shè)頻偏范圍和所有溫頻曲線，遍歷轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的所有轉(zhuǎn)角，找出與預(yù)設(shè)頻偏范圍對應(yīng)的最寬溫度范圍，并將對應(yīng)的轉(zhuǎn)角作為推薦切型設(shè)計(jì)。該方法可以實(shí)現(xiàn)理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算的自動(dòng)化計(jì)算，減少了人工干預(yù)，提高了計(jì)算效率和準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：紀(jì)靜,趙萌,王啟舟,王梓煜,朱婧,楊潔,趙欣佳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21