一种石英晶体谐振器的频率微调系统及其微调方法与流程

1.本发明涉及谐振技术领域，具体是一种石英晶体谐振器的频率微调系统及其微调方法。


背景技术：

2.石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于电视机、计算机、汽车等各类振荡电路中，以及通讯系统中用于频率发生器、为数据处理产生时钟信号和为特定系统提供基准信号，石英晶体谐振器简称石英晶片或晶振，是利用石英晶片的压电效应，用来产生高精度振荡频率的一种电子元件，属于被动元件；
3.而现有技术中，在使用电脉冲对石英晶体振荡器的振荡频率进行控制时，无法根据调配值合理选择对应的工作人员对脉冲发送的频率和个数进行调整，提高控制精度和效率；同时缺乏对石英晶体振荡器运行参数的实时监测，石英晶体振荡器长时间使用难免会出现过载、电压不平衡、温度过高、电极氧化等情况的发生，如果不及时处理难以完成对石英晶体振荡器的保护，其严重的会导致石英晶体振荡器损坏及烧毁，容易发生安全事故；为此，我们提出一种石英晶体谐振器的频率微调系统及其微调方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种石英晶体谐振器的频率微调系统及其微调方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种石英晶体谐振器的频率微调系统，包括脉冲输出模块、数据采集模块、数据分析模块和控制器；
7.所述脉冲输出模块用于输出电脉冲，所述电脉冲用于驱动石英晶体谐振器的振荡频率至目标频率，并将目标频率存储至数据库；
8.当石英晶体谐振器运行时，所述数据采集模块用于采集石英晶体谐振器的运行参数，生成振频元素队列；其中运行参数包括流经石英晶体谐振器的实时电流、实时电压和石英晶体谐振器的实际振荡频率以及实时温度；
9.所述数据分析模块用于对采集的振频元素队列及其余运行参数进行分析，判断石英晶体谐振器是否正常运行；具体为：
10.将振频元素队列中的元素与目标频率进行比对，判断此时谐振器的振荡频率是否需要进行微调；若需要微调，则生成微调信号；
11.根据振频元素队列中的元素特征值和其余运行参数，建立第一分析数组；判断谐振器运行是否存在风险；若存在风险，则生成异常信号。
12.进一步地，所述数据采集模块的具体采集过程如下：
13.响应于预设的第一参数采集指令，采集实际振荡频率数据；
14.若实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围内，则响应于第二参数
采集指令，采集其余运行参数数据；
15.若实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围外，则创建振频元素队列，将后续采集的实际振荡频率数据存储入振频元素队列中。
16.进一步地，将振频元素队列中的元素与目标频率进行比对，具体为：
17.获取振频元素队列中的元素，在预设时间区间内，若与目标频率的差值处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第三阈值或者达到预定比例，则生成微调信号。
18.进一步地，第一分析数组的建立方法为：
19.获取振频元素队列中元素的特征值以及实时电流数据、实时电压数据、实时温度数据，并依次标记为z1、l1、d1、w1；利用公式yt＝l1
×
b1+d1
×
b2+z1
×
b3计算得到石英晶体谐振器的运行系数yt，其中b1、b2、b3均为系数因子；建立第一分析数组：第一分析数组为同一时刻获取的石英晶体谐振器的运行系数yt和实时温度数据w1。
20.进一步地，判断谐振器运行是否存在风险，具体步骤为：
21.以实时温度数据w1为自变量，运行系数yt为因变量建立谐振器相关曲线；对谐振器相关曲线进行求导获取谐振器导数曲线；
22.获取谐振器导数曲线中导数绝对值大于预设值的点并标记为变点；将相邻两个变点的采集时刻进行时间差计算得到驻变时长zt；
23.若驻变时长zt≥时长阈值，且此时的实时温度数据w1满足(rt-μ)≤w1≤(rt+μ)，则判定此时谐振器运行正常；其中rt为谐振器对应的温度阈值，μ为补偿因子，均为预设值；否则，生成异常信号。
24.进一步地，所述控制器还用于将微调信号传输至频率微调模块，所述频率微调模块接收到微调信号后分配对应的工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现谐振器的振荡频率微调；具体为：
25.获取当前上班的工作人员并标记为初选人员；设定初选人员的调配值为tp；选取调配值tp最大的初选人员为选中人员，对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，具体调整内容包括脉冲发送的频率和个数。
26.进一步地，所述调配值tp的计算方法为：
27.获取当前上班的工作人员并标记为初选人员；将初选人员的微调间距标记为g1；获取初选人员的历史微调记录，所述微调记录包括每次微调的处理时长以及对应的评价系数；
28.经过相关处理得到初选人员的微调次数c1、评价系数均值gs、超时系数cs；利用公式tp＝(c1
×
a1+gs
×
a2)/(g1
×
a3+cs
×
a4)计算得到调配值tp，其中a1、a2、a3、a4均为系数因子。
29.进一步地，一种石英晶体谐振器的频率微调方法，包括如下步骤：
30.当石英晶体谐振器运行时，采集谐振器的运行参数，生成振频元素队列；
31.将振频元素队列中的元素与目标频率进行比对，判断此时谐振器的振荡频率是否需要进行微调；
32.获取振频元素队列中元素的特征值以及其余运行参数数据，建立第一分析数组，判断谐振器运行是否存在风险；
33.当生成微调信号时，分配对应的工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调
整，实现谐振器的振荡频率微调；
34.当生成异常信号时，控制谐振器停止工作，并分配对应维修人员对谐振器进行检修或更换。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.1、本发明中数据采集模块以振荡频率作为强采集指标，根据振荡频率的采集结果驱动其它运行参数的采集，提高了数据的采集效率和便利性，数据分析模块根据采集的运行参数数据进行分析，首先将振频元素队列中的元素与目标频率进行比对，判断此时谐振器的振荡频率是否需要进行微调，若需要，则对当前上班的工作人员进行分析，选取调配值最大的工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现谐振器的振荡频率微调，提高微调效率，使得谐振器产生高精度振荡频率，提高工作效率；
37.2、本发明中数据分析模块还用于获取振频元素队列中元素的特征值以及其余运行参数数据，建立第一分析数组，根据第一分析数组建立谐振器相关曲线，对谐振器相关曲线进行求导获取谐振器导数曲线，对谐振器导数曲线上的变点进行分析，判断谐振器运行是否存在风险，实现对谐振器的安全监测，当谐振器异常时，及时预警，控制谐振器停止工作，并分配对应维修人员对谐振器进行检修或更换，避免谐振器损坏及烧毁，提高工作安全。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明一种石英晶体谐振器的频率微调系统的原理框图。
40.图2为本发明一种石英晶体谐振器的频率微调方法的流程图。
具体实施方式
41.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.如图1所示，一种石英晶体谐振器的频率微调系统，包括脉冲输出模块、数据库、数据采集模块、数据分析模块、控制器、维修中心以及频率微调模块；
43.脉冲输出模块用于输出电脉冲，电脉冲用于驱动石英晶体谐振器的振荡频率至目标频率，并将目标频率存储至数据库；
44.考虑到石英晶体谐振器是用来产生高精度振荡频率的一种电子元件，其振荡频率的精确性至关重要，同时为了采集的便利性，则运行参数以振荡频率作为强采集指标，根据振荡频率的采集结果驱动其它运行参数的采集；
45.数据采集模块为安装在石英晶体谐振器上的采集传感器组，当石英晶体谐振器运行时，数据采集模块用于采集石英晶体谐振器的运行参数，并将运行参数传输至数据分析
模块进行分析，运行参数包括流经石英晶体谐振器的实时电流、实时电压和石英晶体谐振器的实际振荡频率以及实时温度；其中采集传感器组由电压传感器、电流传感器、振动传感器和温度传感器组成；数据采集模块的具体采集过程如下：
46.s1：响应于预设的第一参数采集指令，采集实际振荡频率数据；
47.若实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围内，则响应于第二参数采集指令，采集其余运行参数数据，其中，其余运行参数为流经石英晶体谐振器的实时电流、实时电压和石英晶体谐振器的实时温度；其中第一参数采集指令的发布频率高于第二参数采集指令；
48.s2：若实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围外，则在数据采集模块中创建振频监控对象，振频监控对象包括振频元素队列和定时驱动器，定时驱动器用于间隔预设时间发布第一参数采集指令，以便于采集实际振荡频率数据并将其存储入振频元素队列；
49.s3：若振频元素队列中的最后一个元素与目标频率的差值处于合法阈值范围内或振频元素队列的元素个数达到预设第一阈值，则振频监控对象将振频元素队列中的元素上报至数据分析模块；
50.s4：若振频元素队列的元素个数达到预设第二阈值，则数据采集模块采集实时电流数据、实时电压数据以及实时温度数据，并将振频元素队列中元素的特征值、实时电流数据、实时电压数据以及实时温度数据传输至数据分析模块；以便于数据分析模块根据振频元素队列中元素的特征值、实时电流数据、实时电压数据以及实时温度数据判断石英晶体谐振器是否正常运行；其中振频元素队列中元素的特征值可以为振频元素队列中元素的平均值、加权平均值等统计值；
51.数据分析模块的具体分析步骤为：
52.v1：获取振频元素队列中的元素，在预设时间区间内，若与目标频率的差值处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第三阈值或者达到预定比例时，确定此时石英晶体谐振器的振荡频率需要进行微调，生成微调信号；
53.v2：获取振频元素队列中元素的特征值以及实时电流数据、实时电压数据、实时温度数据；将元素特征值标记为z1，将实时电流数据标记为l1，将实时电压数据标记为d1；将实时温度数据标记为w1；
54.利用公式yt＝l1
×
b1+d1
×
b2+z1
×
b3计算得到石英晶体谐振器的运行系数yt，其中b1、b2、b3均为系数因子；
55.v3：建立第一分析数组：第一分析数组为同一时刻获取的石英晶体谐振器的运行系数yt和实时温度数据w1；
56.以实时温度数据w1为自变量，运行系数yt为因变量建立谐振器相关曲线；对谐振器相关曲线进行求导获取谐振器导数曲线；
57.v4：获取谐振器导数曲线中导数绝对值大于预设值的点并标记为变点；将相邻两个变点的采集时刻进行时间差计算得到驻变时长zt；
58.若驻变时长zt≥时长阈值，且此时的实时温度数据w1满足(rt-μ)≤w1≤(rt+μ)，则判定此时谐振器运行正常；其中rt为谐振器对应的温度阈值，μ为补偿因子，均为预设值；否则，谐振器运行异常，生成异常信号；
59.数据分析模块用于将微调信号、异常信号传输至控制器，控制器用于接收到异常信号后控制谐振器停止工作，并生成检修任务至维修中心；维修中心接收到检修任务后分配对应维修人员对谐振器进行检修或更换；
60.控制器还用于将微调信号传输至频率微调模块，频率微调模块接收到微调信号后分配对应的工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现谐振器的振荡频率微调；具体步骤为：
61.步骤一：获取当前上班的工作人员并标记为初选人员；
62.步骤二：向初选人员的手机终端发送位置获取指令，将初选人员的实时位置与脉冲输出模块的位置进行距离差计算得到微调间距，并标记为g1；
63.步骤三：获取初选人员的历史微调记录，微调记录包括每次微调的处理时长以及对应的评价系数；统计初选人员的微调次数为c1；
64.将所有的评价系数进行求和并取均值得到评价系数均值gs；
65.将每次微调的处理时长与预设时长阈值相比较；统计处理时长大于预设时长阈值的次数为超时频次c2，将对应的时间差进行求和得到超时总值ct；
66.将超时频次、超时总值进行归一化处理并取其数值，利用公式cs＝c2
×
k1+ct
×
k2计算得到超时系数cs，其中k1、k2均为系数因子；
67.将微调间距、微调次数、评价系数均值和超时系数进行归一化处理并取其数值，利用公式tp＝(c1
×
a1+gs
×
a2)/(g1
×
a3+cs
×
a4)计算得到调配值tp，其中a1、a2、a3、a4均为系数因子；
68.步骤四：选取调配值tp最大的初选人员为选中人员，并将微调任务发送至选中人员的手机终端上，微调任务携带有微调信号、脉冲输出模块的位置以及对应的目标频率；选中人员到达脉冲输出模块，对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，具体调整内容包括脉冲发送的频率和个数；当实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围内，微调完成；
69.如图2所示，一种石英晶体谐振器的频率微调方法，包括如下步骤：
70.第一步：当石英晶体谐振器运行时，采集谐振器的运行参数；其中运行参数的采集过程如下：
71.响应于预设的第一参数采集指令，采集实际振荡频率数据；
72.若实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围内，则响应于第二参数采集指令，采集其余运行参数数据；
73.若实际振荡频率数据与目标频率的差值处于合法阈值范围外，则创建振频元素队列，将后续采集的实际振荡频率数据存储入振频元素队列；
74.第二步：获取振频元素队列中的元素并分析，判断此时谐振器的振荡频率是否需要进行微调；具体为：
75.在预设时间区间内，若与目标频率的差值处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第三阈值或者达到预定比例，则生成微调信号；
76.第三步：获取振频元素队列中元素的特征值以及其余运行参数数据，建立第一分析数组，判断谐振器运行是否正常；具体为：
77.将元素特征值、实时电流数据、实时电压数据和实时温度数据依次标记为z1、l1、
d1、w1；利用公式yt＝l1
×
b1+d1
×
b2+z1
×
b3计算得到谐振器的运行系数yt；
78.建立第一分析数组：第一分析数组为同一时刻获取的石英晶体谐振器的运行系数yt和实时温度数据w1；
79.以实时温度数据w1为自变量，运行系数yt为因变量建立谐振器相关曲线；对谐振器相关曲线进行求导获取谐振器导数曲线；
80.获取谐振器导数曲线中导数绝对值大于预设值的点并标记为变点；将相邻两个变点的采集时刻进行时间差计算得到驻变时长zt；
81.若驻变时长zt≥时长阈值，且此时的实时温度数据w1满足(rt-μ)≤w1≤(rt+μ)，则判定此时谐振器运行正常；否则，谐振器运行异常，生成异常信号；
82.该方法还包括：当生成微调信号时，分配对应的工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现谐振器的振荡频率微调，具体为：
83.获取当前上班的工作人员并标记为初选人员；将初选人员的微调间距标记为g1；获取初选人员的历史微调记录，经过相关处理得到初选人员的微调次数c1、评价系数均值gs、超时系数cs；
84.利用公式tp＝(c1
×
a1+gs
×
a2)/(g1
×
a3+cs
×
a4)计算得到调配值tp，选取调配值tp最大的初选人员为选中人员，对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，具体调整内容包括脉冲发送的频率和个数；
85.该方法还包括：当生成异常信号时，控制谐振器停止工作，并分配对应维修人员对谐振器进行检修或更换。
86.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
87.本发明的工作原理：
88.一种石英晶体谐振器的频率微调系统及其微调方法，在工作时，数据采集模块以振荡频率作为强采集指标，根据振荡频率的采集结果驱动其它运行参数的采集；数据分析模块根据采集的运行参数数据进行分析，首先将振频元素队列中的元素与目标频率进行比对，判断此时谐振器的振荡频率是否需要进行微调，若需要，则对当前上班的工作人员进行分析，选取调配值最大的工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现谐振器的振荡频率微调，提高微调效率，使得谐振器产生高精度振荡频率，提高工作效率；
89.数据分析模块还用于获取振频元素队列中元素的特征值以及其余运行参数数据，建立第一分析数组，判断谐振器运行是否正常，实现对谐振器的安全监测，当谐振器异常时，及时预警，控制谐振器停止工作，并分配对应维修人员对谐振器进行检修或更换，避免谐振器损坏及烧毁，提高工作安全。
90.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
91.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽
叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。