一种基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统

1.本发明涉及监测系统技术领域，具体涉及一种基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统。


背景技术：

2.真空度的测量是工业研发、生产、检测等领域必不可少重要环节，真空度测量的准确性对于某些关键的生产工艺环节以及部分产品的性能起着至关重要的作用。最早期的真空度测量装置通常基于宏观材料自身的几何尺寸随真空度改变(例如u型管压力计、弹性元件压力计)进行测量，随着电子技术和传感技术的进步，随后出现了对于一些与气体真空度有函数关系的参量进行测量，并进行校准从而推算出真实真空度的测量方式，例如热传导真空度计、热阴极电离真空度计、冷阴极电离真空度计、电容式薄膜真空度计等。但随着产品小型化、智能化的发展，这些传统的真空度测量设备由于其较大的体积因而无法在小型空间内使用。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统，以实现小型空间内的真空程度的测量。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
5.一种基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统，包括：
6.石英晶体，所述石英晶体置于待测真空腔体内，所述石英晶体为音叉型石英晶体，所述石英晶体的外壳的正对的两个侧面具有开孔结构，所述石英晶体的外壳为扁平状结构；
7.谐振电路，所述谐振电路与所述石英晶体相连，用于提供所述石英晶体的谐振回路；
8.谐振信号发生器，所述谐振信号发生器与所述石英晶体相连，用于在可调的激发频率下控制所述谐振电路发生谐振；
9.谐振检测器，用于基于所述谐振电路检测所述石英晶体的谐振频率。
10.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述石英晶体表面蒸镀有驱动电极，所述驱动电极通过导线连接至谐振电路。
11.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述谐振电路包括：
12.第一电容和第二电容，所述第一电容连接在所述石英晶体第一端和地之间，所述第二电容连接在所述石英晶体第二端和地之间；
13.反相器，所述反相器的输入端与所述石英晶体第一端相连，所述反相器的第二端通过分压电阻与所述石英晶体第二端相连；
14.反馈电阻，所述反馈电阻与所述反相器并联。
15.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述谐振电路集成于mcu微处理器内。
16.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述谐振信号发生器为函数信号发生器，所述谐振检测器为示波器。
17.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述谐振检测器用于基于预设映射关系，输出与检测到的谐振频率相匹配的真空值，所述预设映射关系中存储有所述谐振频率与所述真空值之间的映射关系。
18.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述谐振电路置于所述待测真空腔体内或腔体外侧。
19.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述石英晶体的第一端对应的引脚和第二端对应的引脚与所述第一电容和第二电容相连后通过导线引导至所述待测真空腔体外侧。
20.可选的，上述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中，所述石英晶体为长方形、圆形或音叉形结构。
21.基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，基于石英晶体的谐振频率随真空度改变具有不同程度的响应，将真空度的测量转化为石英晶体在不同气体压力下所特有的谐振频率的测量，通过探测石英晶体在真空环境中的谐振频率的变化来推算出真空度的真实数值。利用石英晶体可以制造成为小尺寸的元器件的优势，使得难以容纳传统真空度探测器的小尺寸空间的真空度探测成为可能。其次，由于传统的真空度探测器需要一定时间达到力学负载或者热负载平衡，而石英晶体的谐振频率对于真空度的变化响应几乎是瞬时的，因此可以具有比传统真空度探测器更加快速的响应时间。再次，上述测量装置中由于石英晶体的元器件尺寸小，因此可以灵活摆放于小空间内，无需额外预留真空度计接口，空间等，降低了设计难度及相应的加工制造成本。
附图说明
22.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
23.图1为本申请实施例公开的基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统的结构示意图；
24.图2为所述基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统中的谐振电路的结构示意图；
25.图3为外壳与石英晶体的组装结构示意图；
26.图4为所述石英晶体的外壳的结构示意图；
27.图5为所述石英晶体的外壳的俯视图；
28.图6为所述石英晶体的外壳的主视图；
29.图7为所述石英晶体的外壳的侧视图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.针对于现有技术中，真空度测量设备体积较大，而无法在小型空间内使用的问题，本申请公开了一种基于音叉型石英晶体谐振频率的真空度检测系统，参见图1，该系统可以包括：
32.石英晶体01，所述石英晶体置于待测真空腔体内。石英晶体的谐振频率随真空度改变具有不同程度的响应，通过石英晶体的谐振频率可以检测所述石英晶体所处环境的真空度，本方案中，在测量真空度时，将真空度的测量改变转化为石英晶体在不同气体压力下所特有的谐振频率的测量，通过探测石英晶体的谐振频率的变化来推算出真空度的真实数值，所述石英晶体为尺寸小于预设值的石英晶体，该小尺寸的石英晶体的形状可以依据用户需求自行选择，例如，在本申请实施例公开的技术方案中，所述石英晶体为音叉型石英晶体；
33.在本申请实施例公开的技术方案中，所述石英晶体具有外壳结构，所述外壳结构作为所述石英晶体的保护壳，外壳的材质可以依据用户需求自行选择，例如可选材质为不锈钢、铝合金、塑料、玻璃等材质，参见图3和图4，所述石英晶体的外壳为扁平状结构，扁平形状的保护壳可以使得晶振某一维度的尺寸更小，可以安装于更窄的空间内，当然，所述保护壳也可以为，圆柱体、长方体等结构，所述石英晶体从保护壳底部插入所述外壳内部，所述石英晶体的外壳的正对的两个侧面(可以为外壳的两个扁平面)具有开孔结构，每个面上至少具有1个开孔结构，且面与面上的开孔位置对称，在所述壳体的上下面的开孔使得保护壳内部的气压可以与外界平衡从而实现测量压气压的目的，又可以保证内部的晶振不受外部局域气流或者湍流的扰动，保证了晶振的稳定性。同时，保护壳可以保护内部脆弱的音叉型石英晶体结构，避免其收到外部气流冲击和杂物飞溅引起的损坏。
34.谐振电路02，所述谐振电路与所述石英晶体相连，用于提供所述石英晶体的谐振回路，在本方案中，所述谐振电路的两端与所述石英晶体的两端相连，用于为所述石英晶体提供谐振回路；
35.谐振信号发生器03，所述谐振信号发生器与所述石英晶体相连，用于在可调的激发频率下控制所述谐振电路发生谐振，所述谐振信号发生器03可以为函数信号发生器，在测量时，所述谐振信号发生器03向所述石英晶体发送触发信号，所述石英晶体响应所述触发信号后，在所述谐振电路中产生谐振电流；
36.谐振检测器04，用于基于所述谐振电路检测所述石英晶体的谐振频率，所述谐振检测器04用于在所述石英晶体发生谐振以后，通过检测所述谐振电路02中的电流变化频率来检测所述石英晶体的谐振频率，在本方案中，所述谐振检测器内存储有预设映射关系，所述预设映射关系中存储有所述谐振频率与所述真空值之间的映射关系，所述谐振检测器还用于基于预设映射关系，输出与检测到的谐振频率相匹配的真空值。所述谐振检测器可以为示波器，通过所述示波器可以检测所述石英晶体两端的电流变化频率，从而实现了石英晶体的谐振频率的测量。
37.在本申请上述实施例公开的技术方案中，基于石英晶体的谐振频率随真空度改变具有不同程度的响应，将真空度的测量转化为石英晶体在不同气体压力下所特有的谐振频率的测量，通过探测石英晶体在真空环境中的谐振频率的变化来推算出真空度的真实数值。利用石英晶体可以制造成为小尺寸的元器件的优势，使得难以容纳传统真空度探测器的小尺寸空间的真空度探测成为可能。其次，由于传统的真空度探测器需要一定时间达到力学负载或者热负载平衡，而石英晶体的谐振频率对于真空度的变化响应几乎是瞬时的，因此可以具有比传统真空度探测器更加快速的响应时间。再次，上述测量装置中由于石英晶体的元器件尺寸小，因此可以灵活摆放于小空间内，无需额外预留真空度计接口，空间等，降低了设计难度及相应的加工制造成本。
38.在本申请另一实施例公开的技术方案中，所述石英晶体表面蒸镀有驱动电极，由所述驱动电极引出两只引脚，这两只引脚通过导线连接至谐振电路在本方案中，所述谐振电路的具体结构可以依据用户需求自行选择，例如，本申请实施例公开的技术方案中，所述谐振电路可以包括第一电容、第二电容、分压电阻、反馈电阻、反相器以及频率检测器件，参见图2，具体的，
39.所述第一电容c1连接在所述石英晶体01第一端和地之间，所述第二电容c2连接在所述石英晶体01第二端和地之间；
40.反相器u1，所述反相器u1的输入端与所述石英晶体01第一端相连，所述反相器u1的第二端通过分压电阻rd与所述石英晶体01第二端相连；
41.反馈电阻rf，所述反馈电阻rf与所述反相器u1并联，所述反馈电阻rf可以作为所述谐振电路频率检测器件，通过检测所述反馈电阻rf两端的电流变化来检测所述石英晶体的谐振频率。
42.在本申请实施例公开的上述方案中，为了便于安装，所述谐振电路可以集成于mcu微处理器内。
43.在本申请实施例公开的技术方案中，所述谐振电路可根据信号强度，电磁干扰情况以及精确度需求置于待测真空度腔体内或通过连接器连接至腔体外侧，因此在本方案中，所述谐振电路可以根据所需情况置于所述待测真空腔体内或腔体外侧。
44.在本方案中，根据需求情况，所述石英晶体的第一端对应的引脚和第二端对应的引脚与所述第一电容和第二电容相连后，可以通过导线引导至所述待测真空腔体外侧，在待测真空腔体外侧于所述谐振信号发生器03和谐振检测器04进行连接。
45.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
46.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。