Hickporn Luch Quartz Watch - und ein bisschen Übertakten

Einige Dinge, an die wir gewöhnt sind und die wir manchmal als sehr veraltet und einfach betrachten, können viel komplizierter sein, als wenn sie genauer betrachtet werden.

Meiner Meinung nach sind Quarzuhren und Filmkameras die unerwartet komplexesten, wenn auch scheinbar veralteten Dinge. Hunderte von Jahren der Entwicklung der weltweiten Industrieproduktion und viele Milliarden, die für Forschung und Entwicklung ausgegeben wurden, haben sie verfügbar gemacht.

Dieses Mal werden wir mit einer Quarzuhr beschäftigt sein. Als Patient - eine Armbanduhr „Ray of Belarus“, die mir seit undenklichen Zeiten überreicht wurde.

Die Uhr selbst sieht einfach und asketisch aus. Drähte - das ist meine Initiative, deren Ergebnisse am Ende des Artikels stehen werden:



Auf der Rückseite sehen wir eine Mikroschaltung, die eine 0,5-Hz-Rechteckwelle aus 32768-Hz-Quarz erzeugt. Der Mäander wird einer Spule mit einer wilden Anzahl von Windungen (Widerstand 2,5 kOhm) zugeführt, die die Mechanik in Bewegung setzt. Durch Bewegung in beide Richtungen wird der Pfeil 1 Sekunde lang vorgerückt.



Näher dran. Zahnräder mit einem Schritt von 200 Mikron. Hier wurden sie wahrscheinlich noch durch einen Stempel herausgedrückt, und genau diese Technologie schneidet sie durch Ionenätzen aus , wobei dieselbe Technologie verwendet wird, mit der MEMS Folgendes herstellt:



Schauen wir uns den Chip genauer an (anklickbar). Auf den ersten Blick gibt es ganz unten einen Oszillator für Quarz, dann ist das digitale Haupthackfleisch der Teiler von 65536, die Rolle der „Schlangen“ im oberen Teil ist noch nicht vollständig verstanden.



Nach dem Metallätzen:


Wenn jemand das vollständige Trainingsschema wiederherstellen möchte (ich bin sicher, es gibt viele Tricks, die seit Jahrzehnten ausgearbeitet wurden) - schreibe, ich werde das Metall der Einfachheit halber abnehmen, hier ist es dick und fast nichts ist dadurch sichtbar.

Der Quarz selbst bleibt: eine klassische Stimmgabel in einem Metallgehäuse. Das Gehäuse ist mit Glas versiegelt. Elektroden werden auf den Kristall selbst gesprüht:



Am Rand des Quarzes ist eine seltsame Linie sichtbar ... Schauen wir uns das genauer an (anklickbar):



Verbesserung 224-176:



Verbesserung 34-36:



Insbesondere wurde die Quarzfrequenz durch einen gepulsten Laser eingestellt. Vor Lasern - in den Fabriken wurden sie sorgfältig und leicht mechanisch poliert, bis sie dort ankamen (mit einer Fehlertoleranz von nicht mehr als 0,004% - das war noch eine Beschäftigung ...).

Aber was sind diese Pyramiden in der gesamten Region? Quarz wird so gesägt, dass sich der Schnitt in der XY-Ebene der kristallografischen Orientierung befindet, und während aller Vorgänge (Ätzen, Bearbeiten) zerfallen Kristalle gern in Richtung ihres Kristallgitters, wobei in diesem Fall die Pyramiden in Z-Richtung verbleiben.

Kontrolle der Schnittebene von Quarz - und erlaubte ihm, die Welt zu erobern (zusammen mit dem Vorhandensein des piezoelektrischen Effekts). Durch Auswahl der Schnittrichtung des Quarzkristallgitters kann die Temperaturabhängigkeit des Resonanzfrequenzfehlers gesteuert werden. Beim Schneiden gemäß XY hat die Stimmgabel eine „Null“ -Einengung des Frequenzfehlergraphen im Bereich von 25 bis 30 ° C, die beim Tragen am Arm einen Fehler von nahezu Null liefert.

Wenn Sie eine komplexere Richtung der Quarzgrenze wählen, finden Sie Optionen mit zwei Nulldurchgängen, die in einem weiten Temperaturbereich einen kleineren Fehler ergeben. So erschienen beliebte Scheiben - AT (99% solcher Quarze) und SC (besser geeignet für superstabile Oszillatoren mit einem „Ofen“, haben bei erhöhten Temperaturen ein gleichmäßiges „Regal“).

Mechanische Oszillatoren einer vollmechanischen Uhr haben einen viel höheren Temperaturkoeffizienten (und viele Dinge hängen davon ab - Pflanzenkräfte, Richtungen des Schwerkraftvektors, Magnetfeld).

Überraschenderweise hat die Welt eine komplette Runde gemacht - und kehrt zu mechanischen MEMS-Oszillatoren mit all ihren Mängeln und Abhängigkeiten von der Außenwelt zurück. Sie kämpfen mit der Temperaturabhängigkeit mit der strengsten Kalibrierung und digitalen Kompensation. Um einen hohen Qualitätsfaktor zu erreichen, arbeiten diese mechanischen High-Tech-Oszillatoren im Vakuum, wodurch ihr Betrieb in einer Heliumatmosphäre, die durch ein Siliziumgehäuse gelangen kann, unzuverlässig wird (dieses Problem ist auf die sensationelle Inoperabilität des neuesten iPhone in einer Atmosphäre von 2% Helium zurückzuführen). All dies wurde im Interesse kleinerer Abmessungen (insbesondere Dicke) und größerer Herstellbarkeit begonnen.

Quarz wird jedoch aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften (niedriger CTE, piezoelektrischer Effekt, Steuerung der Form des Resonanzfrequenzgraphen gegenüber der Temperatur durch die Kristallschnittrichtung, Jitter) auf absehbare Zeit in vielen Anwendungen unverzichtbar bleiben.

Aus Neugier

Natürlich habe ich versucht, die Uhr durch Anschließen an einen Signalgenerator zu zerstreuen. Wenn der Takt mit der Nennfrequenz mit einer Amplitude von nur 1 V läuft, erfordert die Beschleunigung bei 394x bereits 4,8 V, 507,4x - 7 V und schließlich 582x - 10 V.

600x, so dass es 10 Minuten in 1 Sekunde flog - es war nicht möglich, in irgendeiner Weise zu quetschen, aber 582 Bewegungen pro Sekunde sind bereits viel.

Diese hohen Frequenzen sind "resonant", es gibt nur wenige Hertz, bei denen die Uhr eine solche Einstellfrequenz aufnimmt. Und wenn Sie 1-2 Hz zurücktreten, geht die Uhr in die entgegengesetzte Richtung:


Der schwierigste Teil in diesem Artikel war nicht, den Chip in kochende Säure zu ätzen, sondern ein Video aufzunehmen, damit das Ticken der Uhr zu hören war. Eine sehr moderne Welt ist an Lärm gewöhnt. Und dann musste ich sogar den Signalgenerator in den nächsten Raum bringen - sonst hat das Summen des Transformators alles gestört.



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