《石英钟表》ppt课件

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1、机电一体化技术产品实例石英钟表1.引言机电一体化技术是近几年来随着微电子技术的发展而形成的一门综合性强的高新技术，在机械、电子、轻工等行业有着广泛的应用和发展前景。机电一体化的出现标志着机和电两个系统的有机结合，它使机械产品的精确度显著提高，将使机械本身产生许多过去无法实现的新功能，乃至智能化。2.机电一体化技术的应用机电一体化技术是通过信息技术将机械技术与电子技术融为一体，构成最佳系统。在机械技术中从各方面引进“信息”，使机械与信息相结合，而不是将机械技术与电子技术简单地叠加。今天，机电一体化技术产品不断涌现并迅速实用化，如各类数控机床、柔性制造系统、机器人、现代化电讯设备、办公室机

2、械、电子钟表、电子玩具等。机电一体化的应用和影响几乎已遍及传统机械制造业的各个领域。一个典型的例子就是钟表的机电一体化，传统的机械钟表结构元器件、大规模集成电路相结合，产生了石英电子表，它用体积小，寿命长，输出电压稳定的银电池和锂电池代替了传统的机械发条作为动力源．并用石英振荡器代替机械摆轮，使钟表的计时精度和走时持续时间可达数年，使钟表的计时精度和走时持续时间大幅度提高，更利于实现小型化和大幅度降低成本，这是机械表难以达到的。3.石英电子表的机电一体化3.1钟表的发展钟表的发展历史是追求走时更准确，体形更小型的发展历史。传统的机械钟表与电子学、电子元件、大规模集成电路相结合，出现了石

3、英振荡式电子钟表。这即是典型的机电一体化技术的应用，它给钟表带来了重大的革新。其进步体现在：时间精度和持续时间大幅度提高，可靠性明显提高而免去了维修，能实现小型，薄型化，便利制造和商品出售的服务。石英电子表起初有模拟（指针）式，其后是用液晶显示的数字式手表，至今已发展成数字石英表。本文仅以指针式石英电子表为例。3.石英电子表的机电一体化3.2指针式石英电子钟表的基本构成与工作原理基本构成3.石英电子表的机电一体化3.2指针式石英电子钟表的基本构成与工作原理工作原理图3.石英电子表的机电一体化指针式石英电子表以电池为能源，以石英振荡器的谐振频率为频率基准，通过CMOS集成电路驱动步进电动

4、机，从而带动了一系列齿轮，最后用指针表示时间。3.石英电子表的机电一体化（1）动力系统这是指电子表的能源，主要是银电池与锂电池。这类电池具有体积电容量密度高，输出电压稳定，贮存性能优良三个特点。使用寿命一般2-3年，长可达5年，不用维修更换。而机械表发条上满持续时间一般为40h。3.石英电子表的机电一体化（2）调速系统电子表的时间标准源即石英振荡器。它是利用石英晶体的压电效应与电子振荡回路组合而成的，能得到极其稳定的振动。一般在电路板上装有石英振子、CMOS集成电路和微调电容器。石英振子是由物理性能非常稳定的人造二氧化硅单晶体制成。一般采用频率为32768Hz。用石英振子作时间标准源，

5、使时间精度显著提高。一般月差为几秒至20秒，高精度的年差为几秒至20秒。而机械表的调速机械摆轮，由于摆轮加工误差，与擒纵机构交换能量时产生的振动周期误差，摆轮的惯性矩和游丝的弹性系数受温度的影响以及带在手腕上受振动和冲击的影响等都使其振动周期受到影响，时间误差一天就达数十秒。3.石英电子表的机电一体化集成电路采用功耗低、开启电压低、集成度高的CMOS集成电路。电路中包括有（1）振荡回路。使石英振子持续振动。（2）分频回路。石英振子的振动分频为1Hz（或0.5Hz)。（3）驱动回路。用以对分频信号进行整形放大，产生使步进电机旋转的输出信号。3.石英电子表的机电一体化如图给出了指针式石英电

6、子表基本逻辑。图中F1是反相器。它与石英振子、微调电容器C组成石英振荡器、产生32768Hz的方波。反向器F2和F3组成缓冲器，将振荡器与后面的分频回路隔开，以防止负载（分频器）状态的变化影响振荡回路。C1至C10是16级二分频器（或15级）构成分频回路，以将振荡器的信号最后分频成为0.5Hz（或1Hz）脉冲信号。YF1和YF2窄脉冲形成回路，将分频回路输出的占空系数为50%的脉冲信号转换为脉宽为0.8的窄脉冲，以减少步进电机的功耗。3.石英电子表的机电一体化（3）驱动系统在这里驱动系统的含义是指执行器件二相步进电机。从集成电路来的脉冲使其回转，从而最后使指针走动。它是一个小型高效的电

7、——机变换器。作为机械表控制系统的驱动机构，机械结构复杂，加工精度要求高，需要高的调整技术。而电子表采用的是步进电动机作为驱动结构，这种结构具有结够简单、易于控制启动迅速（1/100s)及使用命长的特点。便于小型化设计安装，易于大量生产。3.石英电子表的机电一体化（4）执行系统指针式电子表的传递系统与机械表无大差别，亦由轮系组成。但由于石英表动力源不同于机械表，轮系所承受的负荷减少了一个数量级。如分针轮的回转扭矩上满发条时约0.98N·m，而运