原理
石英晶體感測器的核心是感測元件—壓電石英晶片,其工作原理是壓電效應,即石英晶體在某些方向受到機械應力後,便會產生電偶極子;相反,若在石英某方向施以電壓,則其特定方向上會產生形變,這一現象稱為逆壓電效應。若在石英晶體上施加交變電場,則晶體晶格將產生機械振動,當外加電場的頻率和晶體的固有振盪頻率一致時,則出現晶體的諧振。由於石英晶體在壓力下產出的電場強度很小,這樣僅需很弱的外加電場即可產生形變,這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場激勵下產生諧振。其振盪能量損耗小,振盪頻率極穩定,這些再加上石英優良的機械、電氣和化學穩定性,使它自40年代以來就成為石英鐘、電子表、電話、電視、計算機等與數字電路有關的頻率基準元件。 石英晶體具有一個有趣的特性,就是指在一側導入正電流,同時在另一側導入負電流後,負電流一側會收縮並彎曲成U字形。如果定時交替在石英晶體兩側導入正、負電流,石英晶體就會產生振盪。石英晶體就是根據這種振盪計時的。個人電腦內置的石英晶體每秒振盪1431萬8180次。石英鐘的工作原理就是如此。缺點
問題就在於石英晶體在品質上存在缺陷。品質差就很難按照正確的振盪數振盪。天然石英晶體的雜質含量和形態等大多並不統一,因此就要使用人造石英晶體。不過,均勻地進行石英生產難度很大。精度高則每秒誤差在正負10萬分之一秒以內,精度低每秒誤差甚至達到1萬分之一秒。1萬分之一秒也許感覺並不大,但是從計算上來講,每天的誤差就是8.64秒,而1個月則會相差4分鐘。石英手錶不準也是這個原因。令人苦惱的是,石英晶體有一個性質是溫度越高,誤差就越大。由於個人電腦中有很多發熱元件,因此個人電腦時鐘更容易走時不準,根本無法與石英手錶相提並論。
種類
英晶體振盪器電波鐘表,也稱為無線控制計時鐘表(英文名稱為:Radiocontrolled timepieces)。電波鐘表作為一個系統的技術原理是:首先,由標準時間授時中心將標準時間信號進行編碼(商業碼則進行加密),利用低頻(20KHz——80KHz)載波方式將時間信號以無線電長波發播出去。電波鐘表通過內置微型無線電接收系統接受該低頻無線電時碼信號,由專用集成晶片進行時碼信號解調,再由計時裝置內設的控制機構自動調節鐘錶的計時。通過這樣一個技術過程,使得所有接收該標準時間信號的鐘表(或其他計時裝置)都與標準時間授時中心的標準時間保持高度同步,進而全部電波鐘表顯示嚴格一致的時間。電子鐘錶的工作原理是根據“電生磁、磁生電”的物理現象設計而成。即由電能轉換為磁能,再由磁能轉換為機械能,帶動時分針運轉,達到計時目的。1、電晶體擺輪鍾以乾電池為能源,用電晶體作為開關,擺輪遊絲為振盪系統,統一機芯為J1型,外形與普通鬧鐘一樣。
2、晶體鬧鐘與電晶體擺輪鍾一樣性能,加上一個由電能供給的鬧時裝置。
3、電晶體擺鐘用電子電路控制擺作為振盪元件,外形與機械擺鐘相似。
4、石英鐘用“石英晶體”作為振盪器,通過電子分頻去控制馬達運轉,帶動指針。走時精度很高。品種有台鐘、掛鍾、日曆鍾、鬧鐘、音樂鍾、落地鍾,也有汽車鍾、艦船鐘、天文鐘等各種技術用鍾。
5、數顯鍾也用石英晶體作為振盪器,直接用發光管或液晶顯示時間,不用機械傳動。具有時、分、秒、日曆、周曆、月曆等多種功能。
6、電子表以電池為能源代替發條,不用手上弦,有多種結構,外形同機械手錶,統稱電子手錶,根據結構形式與發明的先後,電子表分為四代:
第一代是擺輪遊絲電子手錶,是以擺輪遊絲作為振盪器,以微型電池為能源,通過電子線路驅動擺輪工作。
第二代是音叉電子手錶,是以金屬音叉作為振盪器,用電子線路輸出脈衝電流,使機械音叉振動。
第三代是指針式石英電子手錶,是利用石英諧振器作為振盪器,通過電子分頻器後驅動步進馬達帶動輪系和指針。
第四代是數字式石英電子表,它也是採用石英諧振器作為振盪器,不同的是它經過分頻、計數和解碼後利用顯示器件以數字
的形式來顯示時間。
前三代電子手錶均帶有傳統的機械指針機構,而第四代採用大規模積體電路,完全脫離了傳統的機械結構的全電子手錶。種類不同,原理不同,但萬變不離其宗。