一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法技术方案

本发明专利技术公开了一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，包括双频率跟踪功能、单频率跟踪功能、测频参数初始化、扫频参数设置和两个功能之间的切换功能；本发明专利技术提供了一种处理效率高、数据精度高，双模频率精准区分的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法。

【技术实现步骤摘要】
一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法
本专利技术涉及石英晶片领域，更具体的说，它涉及SC切型石英晶片在线研磨测频系统。
技术介绍
晶体振荡器(有源晶振、oscillator)和晶体谐振器(无源晶振、crystal)的核心部件是石英晶片，石英晶片的设计优劣在很大程度上决定了振荡器和谐振器的性能。石英晶片的材料是石英棒材(quartz)，由于晶体存在各向异性特征，从石英棒材的不同方向切割下来的石英晶片有着截然不同的效果，石英棒材的切割方法决定了石英晶片的弹性常数、介电常数、膨胀系数、温度特性等，比如频率温度系数，频率厚度系数，应力补偿系数等，这些特性的差异决定了晶体在不同场合的应用。石英棒材的切割能力(如切割精准度、双转角切割技术)往往反映一个晶体生产商的技术能力。常见的切割方式有单转角的AT、BT、音叉，双转角的SC、IT等。SC切型是比较常见的一种切型，尤其是在恒温晶体振荡器(OCXO)中有着重要的应用。在切角时，双转角石英晶片的应力系数为零,这种切型的谐振器被称为SC(stressed-应力，compensated-补偿)切型谐振器，即应力并补偿型谐振器。由于SC切型谐振器具有应力补偿和热瞬变补偿的特点,所以对于那些用在测距，高速目标跟踪，外层空间通信系统中的低噪声晶振，以及要求快速启动的晶振和在强辐射、强震动，温度剧烈变化环境中使用的晶振，均以使用SC切谐振器做成的晶振为宜，当然，这时晶振的价格会要高一些。SC切谐振器的唯一缺点是存在一种不需要的B模振动，它比我们需要的C模振动频率高9.5％左右。因此SC切晶振中必须加B模抑制网络以保证晶振工作于C模而B模不振动。有些SC切晶振由于B模抑制网络设计不妥或网络元件变质失效等原因，仍然会出现B模振荡，此时分为两种情况，一是只有B模在振荡而C模没有振荡。若用户用频率仪测试出来振荡频率大约比需要的频率高10％左右，即可判断是工作于B模振荡。另一种情况是B模，C模同时振荡，两者相互作用而产生一调频输出。当前在石英晶片的在线研磨过程中，使用的石英晶片在线研磨分析测控仪能稳定的跟踪测频和管控AT切型石英晶片的研磨过程。由于AT切型的石英晶片只有一个谐振频率，因此在该谐振频率附近进行扫频时，只会产生一个谐振波形，而现有的测控仪的设计也只是针对石英晶片只有一个谐振波形的频率测量和管控。而SC切型双转角石英晶片存在B模和C模两个谐振频率，并且两个频率相差9.5％左右，频率相差不大，因此通过现有的测控仪有可能测到B模谐振频率，也有可能测到C模谐振频率，但是无法确认当前测到的谐振频率是B模的谐振频率还是C模的谐振频。因此使用现有的测控仪进行SC切型石英晶片在线研磨过程测频存在如下问题：1、通过频率自动搜索得到的谐振频率无法确认是B模的谐振频率还是C模的谐振频率。2、即使当前的测控仪测到正确的C模频率且稳定跟踪停机，但是我们无法得到B模的频率，用户仍然无法确认研磨得到的最终频率是否正确。3、当前使用的测频仪在自动搜索频率过程中，由于只搜索一个频率值，因此无法确认搜索到的是B模频率还是C模频率。同时，当前SC切型石英晶片在完成研磨后要进行频率确认，只能通过网络分析仪或其他频率测量装置进行B模和C模频率确认，而无法在研磨机内时就进行频率确认。基于上述原因，当前SC切型石英晶片的研磨过程基本还是通过圈数统计进行厚度判断进行停机控制，再通过网络分析仪或者其他频率测量装置进行频率确认，这种方式下会造成停机频率极其不稳定，重复精度低，同时存在频率判断出错的可能。因此在SC切型石英晶片的研磨过程中，如何实现频率的跟踪测频成为重要难点之一。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种处理效率高、数据精度高，双模频率精准区分的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法。本专利技术的技术方案如下：一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，包括双频率跟踪功能、单频率跟踪功能、测频参数初始化、扫频参数设置和两个功能之间的切换功能；双频率跟踪功能对两个频率跟踪测频的单次扫频测到谐振波形情况进行分析；双频率跟踪的单次扫频双谐振频率波形匹配过程，先对低频扫频范围做全频段波形匹配，根据低频频率的谐振频率匹配结果，再进行相应选择；单频率跟踪功能的扫频范围应覆盖将当前频率视为高频频率对应的低频频率扫频范围，以及将当前频率视为低频频率对应的高频谐振频率扫频范围；单频率跟踪的单次扫频在当前频率、前向频率和后向频率三个频率对应的频率范围内扫频，因此分析三个频段的测频情况；系统认为当前频率为当前研磨过程测到的真实频率，必须保证测到符合条件的当前频率的情况下才进行前向频率段和后向频率段的波形匹配，否则直接结束本次测频；测频参数初始化和扫频参数设置，测频参数包括双频率跟踪测频流程中的相关测频参数和单频率跟踪测频流程中相关测频参数，扫频参数根据自动搜索的结果设置扫频参数，自动搜索若搜到两个谐振频率，则设置双频率跟踪流程的扫频参数，自动搜索若搜到一个频率，则设置单频率跟踪流程的扫频参数；两个功能之间的切换功能，单次扫频测频数据处理完成后，将其通过晶片区分算法，若系统当前为单频率跟踪测频流程则获取当前频率、前向频率和后向频率对应测到晶片数，若系统当前为双频率跟踪测频流程，则获取低频频率和高频频率对应测到的晶片数；据测到的晶片数频率切换判断。本专利技术相比现有技术优点在于：1、本专利技术研磨过程中能自动搜索到石英晶片的B模频率和C模频率，并根据比例关系确认搜索到的频率是B模频率还是C模频率。2、本专利技术若自动搜索过程中只搜索到一个频率，系统能实时跟踪该频率，同时在跟踪过程中实时搜索另一个频率，直到搜索到两个谐振频率并根据比例关系确认是B模频率还是C模频率。在测到两个符合条件的频率之后进行实时双频率跟踪测频。3、本专利技术由于搜索过程中可能只测到一个频率，而在研磨过程中可能会出现两个谐振频率，因此必须提供一种从单频率跟踪测频切换为双频率跟踪测频的方法，使SC切型石英晶片的研磨过程更加智能。附图说明图1为本专利技术的SC切型石英晶片谐振波形图；图2为本专利技术的测频测试功能总流程图；图3为本专利技术的测频测试界面；图4为本专利技术的测频测试单次扫频双谐振频率波形匹配流程图；图5为本专利技术的数据采集和处理过程示意图；图6为本专利技术的测频测试单次扫频谐振频率数据处理流程图；图7为本专利技术的在线测频流程图；图8为本专利技术的自动搜索流程图；图9为本专利技术的自动搜索单次扫频数据处理流程；图10为本专利技术的自动搜索全频段数据处理流程图；图11为本专利技术的两个频率跟踪流程单次扫频的测频谐振波形分布示意图；图12为本专利技术的扫频范围和搜索线宽关系图；图13为本专利技术的两个频率跟踪流程单次扫频的测频方案选择示意图；图14为本专利技术的单频率跟踪测频流程扫频范围示意图；图15为本专利技术的双频率跟踪测频流程：单次扫频波形匹配流程图；图16为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，其特征在于，包括双频率跟踪功能、单频率跟踪功能、测频参数初始化、扫频参数设置和两个功能之间的切换功能；/n双频率跟踪功能对两个频率跟踪测频的单次扫频测到谐振波形情况进行分析；双频率跟踪的单次扫频双谐振频率波形匹配过程，先对低频扫频范围做全频段波形匹配，根据低频频率的谐振频率匹配结果，再进行相应选择；/n单频率跟踪功能的扫频范围应覆盖将当前频率视为高频频率对应的低频频率扫频范围，以及将当前频率视为低频频率对应的高频谐振频率扫频范围；单频率跟踪的单次扫频在当前频率、前向频率和后向频率三个频率对应的频率范围内扫频，因此分析三个频段的测频情况；系统认为当前频率为当前研磨过程测到的真实频率，必须保证测到符合条件的当前频率的情况下才进行前向频率段和后向频率段的波形匹配，否则直接结束本次测频；/n测频参数初始化和扫频参数设置，测频参数包括双频率跟踪测频流程中的相关测频参数和单频率跟踪测频流程中相关测频参数，扫频参数根据自动搜索的结果设置扫频参数，自动搜索若搜到两个谐振频率，则设置双频率跟踪流程的扫频参数，自动搜索若搜到一个频率，则设置单频率跟踪流程的扫频参数；/n两个功能之间的切换功能，单次扫频测频数据处理完成后，将其通过晶片区分算法，若系统当前为单频率跟踪测频流程则获取当前频率、前向频率和后向频率对应测到晶片数，若系统当前为双频率跟踪测频流程，则获取低频频率和高频频率对应测到的晶片数；据测到的晶片数频率切换判断。/n...

【技术特征摘要】
1.一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，其特征在于，包括双频率跟踪功能、单频率跟踪功能、测频参数初始化、扫频参数设置和两个功能之间的切换功能；
双频率跟踪功能对两个频率跟踪测频的单次扫频测到谐振波形情况进行分析；双频率跟踪的单次扫频双谐振频率波形匹配过程，先对低频扫频范围做全频段波形匹配，根据低频频率的谐振频率匹配结果，再进行相应选择；
单频率跟踪功能的扫频范围应覆盖将当前频率视为高频频率对应的低频频率扫频范围，以及将当前频率视为低频频率对应的高频谐振频率扫频范围；单频率跟踪的单次扫频在当前频率、前向频率和后向频率三个频率对应的频率范围内扫频，因此分析三个频段的测频情况；系统认为当前频率为当前研磨过程测到的真实频率，必须保证测到符合条件的当前频率的情况下才进行前向频率段和后向频率段的波形匹配，否则直接结束本次测频；
测频参数初始化和扫频参数设置，测频参数包括双频率跟踪测频流程中的相关测频参数和单频率跟踪测频流程中相关测频参数，扫频参数根据自动搜索的结果设置扫频参数，自动搜索若搜到两个谐振频率，则设置双频率跟踪流程的扫频参数，自动搜索若搜到一个频率，则设置单频率跟踪流程的扫频参数；
两个功能之间的切换功能，单次扫频测频数据处理完成后，将其通过晶片区分算法，若系统当前为单频率跟踪测频流程则获取当前频率、前向频率和后向频率对应测到晶片数，若系统当前为双频率跟踪测频流程，则获取低频频率和高频频率对应测到的晶片数；据测到的晶片数频率切换判断。


2.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，其特征在于，双频率跟踪功能对两个频率跟踪测频的单次扫频测到谐振波形情况进行分析，两个频率跟踪测频的扫频范围能保证覆盖两个谐振频率，扫频得到的两个谐振频率F1和F2之间的波形包括测不到波形、测到1个波形、测到2个及2个以上波形；F1和F2的扫频范围与搜索宽度有关，在一定的搜索宽度下，F1的扫频范围和F2的扫频范围会存在一定的重叠区域；重叠区域具体先判断F1和F2的扫频范围是否存在重叠区域，若存在重叠区域，则F1+24SSL>F2-12SSH，需判断F1扫频范围内测到的频率是否为F2；若不存在重叠区域，则F2-12SSH>F1+24SSL，F1内测到频率不是F2。


3.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，其特征在于，单频率跟踪功能的扫频范围应覆盖将当前频率视为高频频率对应的低频频率扫频范围，以及将当前频率视为低频频率对应的高频谐振频率扫频范围；当前频率作为单频率跟踪的依据和SC晶片双谐振频率中另一个频率的判断依据；在单次扫频测频过程中，必须先保证测到当前频率，若当前频率未测到，则不作另外两个扫频范围的频率判断，若测到当前频率再进行前向频率波形和后向频率波形的判断。


4.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，其特征在于，测频参数初始化的具体设置步骤如下：
2.3.1)双频率跟踪测频中单次扫频测频时，低频频率和高频频率分别测到的谐振频率次数清零，瞬时谐振频率数组清零，峰峰值最大值谐振频率清零；单频率跟踪测频流程中单次扫频测频时，当前频率、前向频率和后向频率分别测到的谐振频率次数清零，瞬时谐振频率数组清零，峰峰值最大值谐振频率清零；
2.3.2)在晶片区分算法中使用的变量，双频率跟踪测频流程中的高频频率和低频频率对应的变量和单频率跟踪测频流程中的当前频率、前向频率和后向频率对应的变量分别初始化；连续未测到谐振频率次数、连续测到谐振频率次数和连续测到谐振频率后连续未测到谐振频率次数都清零，单片散差值清零，指定时间内统计的单片散差片数计数清零，指定时间内所有单片散差值存储数组清零，单片瞬时谐振频率值存储数组清零，一圈内单片瞬时谐振频率存储数组清零，单圈瞬时谐振频率次数统计变量清零，本圈测到的晶片总数清零，上一圈测到的晶片总数清零，谐振频率单片平均值数据个数变量清零，在线测频一圈单片谐振频率平均值存储数组清零，在线测频每圈定时分段晶片数存储数组清零，在线测频每圈定时分段上一圈每段晶片数存储数组清零；
2.3.3)将圈数和转速判断相关变量初始化，包括：计圈异常监控时间计时清零，连续圈转速稳定标志位清零，在线测频单圈定时区段划分当前值清零，谐振频率平均值存储堆栈初次存储标志位；
2.3.4)跟踪测频统计量变量初始化。由于跟踪测频的统计量主要用于整盘实时频率、研磨速率、研磨圈数等界面显示变量统计，而双频率跟踪流程中显示SC晶片的低频谐振频率和高频谐振频率相关统计量，而单谐振频率跟踪测频流程中显示SC晶片的低频谐振频率和高频谐振频率中其中一个的统计量，因此双频率跟踪测频流程和单频率跟踪测频流程可共用一组参数，为低频谐振频率和高频谐振频率相关统计量；
2.3.5)扫频模块控制变量初始化；
扫频参数的具体设置步骤如下：
2.4.1)双频率跟踪测频时，根据低频谐振频率设置波形峰值约束值；单频率跟踪测频时，根据当前谐振频率设置波形峰值约束值；
2.4.2)根据波形搜索宽度系数设置搜索宽度；其中双频率跟踪测频时，根据自动搜索得到的高频谐振频率和低频谐振频率设置对应的搜索宽度，搜索宽度获取的公式为频率的N阶多多项式；单频率跟踪测频时，根据自动搜索得到的当前谐振频率计算得到前向频率和后向频率，前向频率为当前频率除以频率比，后向频率为当前频率*频率比，再根据当前频率、前向频率和后向频率设置对应的搜索宽度，其中前向频率搜索宽度的计算使用低频搜索宽度系数，当前频率和后向频率搜索宽度的计算使用高频搜索宽度系数；
2.4.3)根据搜索宽度和当前频率获取相应的扫频范围；双频率跟踪测频时，
高频频率的扫频范围为：(高频谐振频率-12SS)～(高频谐振频率+24SS)；
低频频率的扫频范围为：(低频谐振频率-12SS)～(低频谐振频率+24SS)
单频率跟踪测频时，
当前频率的扫频范围为：(当前谐振频率-12SS)～(当前谐振频率+24SS)；
前向频率的扫频范围为：(前向谐振频率-12SS)～(前向谐振频率+24SS)；
后向频率的扫频范围为：(后向谐振频率-12SS)～(后向谐振频率+24SS)
其中SS为对应频率的搜索宽度；
2.4.4)根据谐振频率和扫频幅度系数获取扫频幅度，其中双频率跟踪测频中使用高频谐振频率计算，单频率跟踪测频中使用当前谐振频率计算；
2.4.5)根据低频频率的搜索宽度和前向频率的搜索宽度计算扫频步进；
2.4.6)根据各个频率对应的扫频范围设置当前扫频模块的扫频起始频率和扫频截止频率，计算各个频率段对应的扫频点数，各个频段对应总的扫频范围内的扫频起始位置；
2.4.7)根据上述得到的扫频参数设置扫频模块参数，开始扫频。


5.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的跟踪测频方法，其特征在于，低频扫频范围内全频段波形匹配的结果分别进行高频扫频范围内的波形处理，具体步骤如下：
2.5.1)通过9点波形匹配算法在低频扫频范围内进行全频段波形匹配，搜索宽度采用低频搜索宽度，若匹配到符合波形特征的波形，则判断该波形是否满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘凌锋，郭彬，陈浙泊，陈一信，林建宇，余建安，陈镇元，叶雪旺，颜文俊，林斌，吴荻苇，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33