采用实时补偿技术降低石英晶体振荡器加速度效应的理论与方法研究

Quartz resonator is widely used for its low cost and high frequency stability. As is well known, quartz is sensitive to acceleration. At present, to decrease acceleration sensitivity, the way used most is mechanic cushion which function badly at low frequency vibration. The object of this project is to reduce acceleration sensitivity of quartz resonator by real time compensation. The compensation theory and method based on detection of acceleration will be carried out.The main contents include: acceleration sensitivity mechanism;the relationship between crystal deformation and support configuration; Definition of acceleration sensitivity vector based on the coordination of triple MEMS sensor and decoupling test method; building acceleration test platform and determination the sensitivity vector by experiment; active frequency adjust method of oscillator circuit; Application of digital process technology; influence analysis of quantity error and delay; The feature of proposed project is using real time compensator, which function validly at low frequency band at which mechanic cushion is ineffective. The research achievement can be applied to all electronic device which require high accuracy frequency standard at moving environment.

石英晶体振荡器由于成本低廉、频率稳定度好获得广泛应用。但石英晶体具有 加速度效应，振动环境下晶振的输出恶化，从而降低信息电子系统的性能。目前减小加速度 效应方法主要基于机械隔振方式进行，存在低频振动难以隔离等诸多不足。本课题以降低石英晶振的加速度敏感程度为目标，对基于加速度实时检测的补偿理论和方法进行深入研究，包括：加速度敏感效应机理及支撑方式对形变影响研究;基于MEMS传感器坐标系的敏感加速度矢量定义及分离测试方法；构建相干检测的振动测试平台，通过实验测定敏感加速度矢量；利用振荡电路元件参数突变的频率动态调整方法；研究数字处理技术的应用，补偿的量化误差和补偿精度分析。项目的特点为采用实时补偿，在低频振动下具有良好的补偿效果，可有效解决目前机械缓冲无法隔离低频振动的问题。研究成果可应用于各种在运动环境下的对频率基准有较高要求的信息电子设备。

石英晶体振荡器具有频率稳定性高、成本低的特点获得广泛应用，但其具有加速度效应影响了其在国防领域的应用。传统的降低加速度效应的方法主要采用机械缓冲技术，但体积较大且在低频段效果有限。项目提出了基于加速度实时检测的补偿理论和方法，采用MEMS加速度传感器检测振动并进行实时补偿。项目对多个厂家的晶体振荡器进行了加速度效应检测，对多种加速度传感器器进行了测试，探索出晶体振荡器实时补偿技术的一整套理论与方法。项目研制了数种样品，参加了国防电子展，并在若干军工单位获得应用。.项目的主要研究内容包括：加速度敏感效应机理及支撑方式对形变影响研究;基于MEMS传感器坐标系的敏感加速度矢量定义及分离测试方法；加速度效应的数字补偿技术。项目构建了振动测试平台，通过施加正弦振动测定敏感加速度矢量；利用振荡电路元件参数突变对频率进行动态调整；项目研制了基于FPGA的数字处理电路实现了补偿，并进行了补偿的量化误差和补偿精度分析。研究结果证明在低频振动下具有良好的补偿效果，可有效解决目前机械缓冲无法隔离低频振动的问题。结合机械缓冲可获得在全振动频段加速度效应的补偿；项目研究的样品加速度敏感矢量经测试在10E-10/g量级，达到研究目标。.研究成果已编制成产品手册，参加了国防电子展、中国卫星导航年会成果展。相关论文参与了总参组织的重大问题研讨会，并获得高分辨卫星遥感振动控制会议优秀论文奖，目前已在多个军工产品获得应用。