一种SC切型石英晶片研磨的在线测频系统技术方案

本发明专利技术公开了一种SC切型石英晶片研磨的在线测频系统，其特征在于，在线测频功能包括自动搜索功能和跟踪测频功能；自动搜索功能实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理；跟踪测频功能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切型石英晶片研磨的在线测频系统。的在线测频系统。的在线测频系统。

【技术实现步骤摘要】
一种SC切型石英晶片研磨的在线测频系统


[0001]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

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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：
[0007]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。
[0008]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，如何实现在线测频成为重要难点之一。

技术实现思路

[0009]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切型石英晶片研磨的在线测频系统。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种SC切型石英晶片研磨的在线测频系统，其特征在于，在线测频功能包括自动搜索功能和跟踪测频功能；自动搜索功能实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率；
[0012]跟踪测频功能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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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，再进行相应第一方案、第二方案的选择；
[0017]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；
[0018]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。
[0019]本专利技术相比现有技术优点在于：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SC切型石英晶片研磨的在线测频系统，其特征在于，在线测频功能包括自动搜索功能和跟踪测频功能；自动搜索功能实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率；跟踪测频功能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，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&gt;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&gt;F1+24SSL，F1内测到频率不是F2；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；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；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，再进行相应第一方案、第二方案的选择；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；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SC切型石英晶片在线研磨测频系统，其特征在于，自动搜索功能具体包括数据初始化、扫频和测频参数设置、单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频数据处理功能、全频段数据处理功能和频段切换功能；数据初始化进行频率统计相关变量的初始化，需要初始化的变量包括：单次扫频过程中测频相关变量、全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量、全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量、自动搜索过程相关控制变量和扫频模块控制变量；
扫频和测频参数设置包括设置扫频参数和测频参数；扫频参数包括扫频起始频率、扫频截止频率、扫频步进、扫频速度和扫频幅度；在自动搜索扫频过程中采用在指定的圈数内进行周期性扫频的方法，一个周期的扫频为从目标频率开始到起始频率结束进行分段扫频，每段的扫频采用指定时间内重复扫频，每段扫频的扫频范围与频率相关，扫频范围内必须包含高频谐振频率和低频谐振频率；单次扫频谐振频率波形匹配功能，当单次采样完成后，进入自动搜索单次扫频双谐振频率波形匹配；自动搜索单次测频双谐振频率波形匹配功能与测频测试功能的单次扫频双谐振频率波形匹配功能基本相同，不同的地方在于：开始所有扫频点9点波形匹配算法前先判断当前段测到谐振频率次数是否小于设定阈值，若小于，则进行9点波形匹配，否则认为本段采集到的数据量已经足够，跳过本次9点波形匹配过程；由于自动搜索过程中每段的扫频范围较大，不同频率对应的搜索宽度会有所差别，从而采用在9点波形匹配过程中采用多个搜索宽度进行匹配；单次扫频数据处理功能包括处理以下三种情况，测到2个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率3种情况；测到2个以上谐振频率时，通过两个循环依次取出瞬时谐振频率存储数组中两个数据进行除法运算；若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则取出这两个数据分别存入本段高频和低频对应的谐振频率存储数组，同时本段高频和低频测到的谐振频率次数进行加1，然后退出遍历循环，认为得到本次扫频的高频频率和低频频率，本次数据处理完成，否则继续遍历瞬时谐振频率存储数组；若遍历存储数组中的所有频率都未得到符合条件的数据，则将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组，同时本段测到的谐振频率次数加1；本段谐振频率存储数组对自动搜索过程中出现只搜索到一个谐振频率、搜索到符合条件的两个谐振频率的数据进行分开存储，并在自动搜索结束后的数据处理过程中也分开处理；测到2个谐振频率时，将测到的两个数据进行除法运行，若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将这两个数据分别存入本段高频和低频对应的谐振频率存储数组，同时本段高频和低频测到的谐振频率次数进行加1；若其商不在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组即可，同时本段测到的谐振频率次数加1；测到1个谐振频率时，将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组即可，同时本段测到的谐振频率次数加1；频段切换功能，通过设置指定的时间进行单频段的重复扫频和测频，当指定的时间到达后，判断全频段扫频是否完成，全频段扫频完成的判断依据为当前扫频的起始频率是否小于用户设置的晶片研磨起始频率，若小于则全频段扫频完成，进行全频段数据处理功能；若不小于，则进行频率切换；全频段数据处理功能，若全频段扫频完成，进入全频段数据处理，具体包括如下步骤：2.1.1)遍历自动搜索过程所有频段测到的高频和低频谐振频率；若当前段测到的高频和低频谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对高频和低频谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数
据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为高频和低频谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则直接进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理，找到符合条件的数据个数最大的段；若当前段测到的高频和低频谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；2.1.2)判断高频和低频谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则判断高频谐振频率和低频谐振频率的比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则认为两个谐振频率都搜索到，将跟踪测频过程使用的高频谐振频率和低频谐振频率分别设置为自动搜索测到的高频和低频谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，则进行全频段单谐振频率数据处理；2.1.3)单谐振频率数据处理，遍历全频段测到的单谐振频率数据，若当前段测到单谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对单谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为单谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；若当前段测到单谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；2.1.4)判断单谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则将跟踪测频过程使用的高频谐振频率设置为自动搜索测到单谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，判断自动搜索圈数是否达到系统设置的自动搜索异常圈数，若达到，则停止自动搜索，系统进行自动搜索异常报警；若未达到，则继续进行全频段自动搜索流程；2.1.5)根据自动搜索的结果，将谐振频率数据发送给界面显示；若双谐振频率搜索成功，则对高频和低频谐振频率进行校准后发送给界面显示，若单谐振频率搜索成功，则对单谐振频率进行校准后发送给界面显示。3.根据权利要求2所述的SC切型石英晶片在线研磨测频系统，其特征在于，单次扫频过程中测频相关变量的初始化包括：谐振频率个数统计变量清零、谐振频率个数最大值设置、瞬时谐振频率存储数组清零和峰峰值最大瞬时谐振频率清零；全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量的初始化包括：全频段扫频当前段位置清零，全频段从0开始，最多分为36段，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率次数存储数组清零，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率存储数组清零；全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量的初始化包括：各个扫频频段测到单谐振频率次数存储数组清零、各个扫频频段测到单谐振频...

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