Certaines choses auxquelles nous sommes habitués, et que nous considérons parfois comme très obsolètes et simples, peuvent être beaucoup plus compliquées qu’elles ne sont examinées de plus près.
À mon avis, les choses les plus complexes, mais apparemment dépassées, sont les montres à quartz et les appareils photo argentiques. Des centaines d'années de développement de la production industrielle mondiale et plusieurs milliards dépensés en R&D les ont rendus disponibles.
Cette fois, nous serons occupés avec une montre à quartz. En tant que patient - une montre-bracelet «Ray of Belarus», qui m'a été présentée dans des temps immémoriaux.
La montre elle-même a l'air simple et ascétique. Fils - c'est mon initiative, dont les résultats seront à la fin de l'article:
Sur le revers, nous voyons un microcircuit qui génère une onde carrée de 0,5 Hz à partir de quartz 32768 Hz. Le méandre est alimenté à une bobine avec un nombre sauvage de tours (résistance 2,5kOhm), ce qui met la mécanique en mouvement. Le mouvement dans les deux sens fait avancer la flèche pendant 1 seconde.
Plus près. Engrenages avec un pas de 200 microns. Ici, ils étaient encore probablement pressés par un timbre, et le cri de la technologie est de les
découper par gravure ionique , en utilisant la même technologie que MEMS produit:
Bien sûr, regardons de plus près la puce (cliquable). À première vue, tout en bas, il y a un oscillateur pour le quartz, puis le hachis numérique principal est le diviseur par 65536, le rôle des «serpents» dans la partie supérieure n'est pas encore complètement compris.
Après la gravure du métal:
Si quelqu'un veut restaurer le schéma complet de la formation (je suis sûr qu'il y a beaucoup d'astuces qui ont été élaborées depuis des décennies) - écrivez, je vais enlever le métal pour plus de commodité, ici il est épais et presque rien n'est visible à travers.Le quartz lui-même reste: un diapason classique dans un boîtier en métal. Le boîtier est scellé avec du verre. Des électrodes sont projetées sur le cristal lui-même:
Sur le bord du quartz, une ligne étrange est visible ... Examinons de plus près (cliquable):
Améliorez 224-176:
Améliorez 34-36:
Plus précisément, la fréquence du quartz a été réglée par un laser pulsé. Avant les lasers - dans les usines, ils étaient soigneusement et légèrement polis mécaniquement jusqu'à ce qu'ils arrivent (avec une tolérance d'erreur de pas plus de 0,004% - c'était toujours une occupation ...).
Mais quelles sont ces pyramides dans toute la région? Le quartz est scié de façon à ce que la coupe se fasse sur le plan XY d'orientation cristallographique et lors de toute opération (gravure, usinage), les cristaux aiment se décomposer dans les directions de leur réseau cristallin, dans ce cas en laissant les pyramides dans la direction Z.
Contrôler le plan de coupe du quartz - et lui a permis de conquérir le monde (avec la présence de l'effet piézoélectrique). En choisissant la direction de coupe du réseau cristallin de quartz, on peut contrôler la dépendance à la température de l'erreur de fréquence de résonance. Lorsque le diapason coupe selon XY, le rétrécissement «zéro» du graphique d'erreur de fréquence est obtenu dans la région de 25-30 ° C, ce qui fournit une erreur presque nulle lorsqu'il est porté sur le bras.
En choisissant une direction plus complexe de la coupure de quartz, vous pouvez trouver des options avec deux passages à zéro, ce qui donne une erreur plus petite dans une large plage de températures. C'est ainsi que les tranches populaires sont apparues - AT (99% de ce quartz) et SC (mieux adapté aux oscillateurs super stables avec un «poêle», a une «étagère» uniforme à des températures élevées).
Les oscillateurs mécaniques d'une montre entièrement mécanique ont un coefficient de température beaucoup plus élevé (et beaucoup de choses en dépendent - forces de la plante, directions du vecteur de gravité, champ magnétique).
Étonnamment, le monde a fait un tour complet - et revient aux
oscillateurs MEMS mécaniques avec toutes leurs lacunes et leurs dépendances par rapport au monde extérieur. Ils sont aux prises avec la dépendance à la température avec l'étalonnage et la compensation numérique les plus sévères. Pour atteindre un facteur de qualité élevé, ces oscillateurs mécaniques de haute technologie fonctionnent sous vide, ce qui rend leur fonctionnement peu fiable dans une atmosphère d'hélium, qui peut traverser un boîtier en silicium (ce problème est entendu en raison de l'inopérabilité sensationnelle du dernier iPhone dans une atmosphère de 2% d'hélium). Tout cela a été commencé pour des dimensions plus petites (en particulier l'épaisseur) et une plus grande fabricabilité.
Mais le quartz, en raison de ses propriétés uniques (faible CTE, effet piézoélectrique, contrôlant la forme du graphique de fréquence de résonance en fonction de la température par la direction de la coupe du cristal, la gigue), restera indispensable dans de nombreuses applications dans un avenir prévisible.
Comme curiositéBien sûr, j'ai essayé de disperser l'horloge en me connectant à un générateur de signaux. Si l'horloge fonctionne à la fréquence nominale avec une amplitude de seulement 1V, alors l'accélération à 394x nécessite déjà 4,8V, 507,4x - 7V et enfin 582x - 10V.
600x, de sorte qu'il a volé pendant 10 minutes en 1 seconde - il n'était pas possible de presser de quelque façon que ce soit, mais 582 mouvements par seconde, c'est déjà beaucoup.
Ces hautes fréquences sont «résonnantes», il n'y a que quelques hertz, où l'horloge captera une telle fréquence de réglage. Et si vous reculez de 1 à 2 Hz, l'horloge ira dans la direction opposée:
La partie la plus difficile de cet article n'était pas de graver la puce dans de l'acide bouillant, mais d'enregistrer une vidéo pour que le tic-tac de l'horloge se fasse entendre. Un monde très moderne est habitué au bruit. Et puis j'ai même dû emmener le générateur de signaux dans la pièce voisine - sinon le bourdonnement du transformateur a tout bloqué.
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