壓電技術應用石英錶報告.ppt

壓電技術應用石英錶報告 車輛三甲李茂嘉99715034 前言 鐘錶一直是科技與工藝的產物 也是時尚流行與品味的代表 自古以來 人類就不斷嘗試著研發精準的計時工具 西元1088年中國宋朝時發明了水鐘 水運儀象台 西元1564年德國製造了世界第一只的懷錶 西元1868年 錶廠製造了世界第一只機械錶 西元1969年日本著名的鐘錶公司精工 seiko 製造了世界第一只石英錶 而今日的手錶不再只是計時工具 隨著電子技術的延展 有的手錶可聽 具有手機的通訊功能 等 多樣式的手錶已充斥在我們的四周 以石英錶為主題 說明其相關動力裝置的結構與應用 為高中生活科技 能源與運輸領域 的 動力裝置的結構與應用 課程延伸 使學生能實際了解日常生活中石英錶的構造 動作原理及相關知識 而在學習活動上 以引導學生小組分組的方式 拆裝部份的石英錶構件 體悟微小的機械構造及電子元件的功能 培養學生對動力裝置的興趣 石英錶內一定有石英 石英是由矽和氧兩種元素所組成的 化學成份是二氧化矽 說穿了其實就和我們常常見到的沙粒的成份相同 但是石英與沙粒有一個基本分別 石英是原子排列得很整齊的 晶體 而沙粒的原子排列就較為混亂 所含的雜質亦多 石英晶體是一種壓電材料 當它受壓時表面會產生電壓 反過來說 假如在它的表面接上電壓 晶體的形狀也會作出很輕微的改變 試試想像在壓電材料的表面接上交流電 由於電壓的方向不斷變化 材料的形狀便會週期性地改變 也就是說 材料作出振動了 而且 這種振動是十分穩定的 幾乎不為溫度所影響 把石英表面因電壓導致的振動訊號 利用電子技術放大 推動指針 這就是 石英錶 最基本的原理 當然 這只是很粗略的描述 實際的原理要複雜得多 石英錶的基本結構及各部位功能 石英錶的結構1 外殼及龍芯 2 電池3 石英晶體4 cmos積體電路5 步進馬達6 齒輪組 外殼及龍芯 一般的外殼還包括鏡面 錶蓋 鏡面可以顯示目前的時間 錶蓋則可以拆開 以便於維修 龍芯則是用來調整時間 有些為二段式 可分別調整日期和星期 視機芯構造不同而有所區別 其機芯與龍芯部份構造 電池 石英錶的能量來自細小的電池 因為cmos元件的消耗電能非常低 使得以coms技術製成的電子產品 石英錶 使用1 5伏特的電池 可以輕易達到半年以上更換電池的優點 由於氧化銀的放電曲線非常平坦 所以供電穩定 一旦電壓降低到維持電壓以下時 即停止動作 cmos積體電路 因為石英錶中 有一個步進馬達作為傳動機構 為了控制步進馬達準確的轉動 以達成正確的計時功能 所以有一組cmos積體電路 產生一個脈衝信號 推動步進馬達轉動 cmos因具有低耗電的功能 非常適合使用於石英錶內 不過 須注意靜電干擾的問題 步進馬達 步進馬達是石英錶和電子錶最大差別 使石英錶界於數位和類比之間 如圖8所示 cmos積體電路為數位部份 而步進馬達和其後級的齒輪組 則可說是類比部份 石英錶所使的步進馬達 係由線圈捲筒 定子及轉子所構成 石英錶的動作原理 其內部有電子電路及機械裝制二者相互配合而達到計時的功能 由電池供給電源 石英晶體產生振盪提供cmos積體電路一時脈信號 cmos積體電路再供給一驅動脈衝 使步進馬達轉動帶動秒針輪 分針輪 時針輪 石英錶的動作原理流程如下 由電池供給電源 石英晶體產生振盪提供cmos積體電路一時脈信號 cmos積體電路再供給一驅動脈衝 使步進馬達轉動帶動秒針輪 分針輪與時針輪 石英錶的動作原理 它是利用水晶片的 發振現象 當水晶接受到外部的加力電壓 就會有變形及伸縮的性質 相反 若壓縮水晶 便會使水晶兩端產生電力 這樣的性質在很多結晶體上也可見到 稱為 壓電效果 石英錶就是利用周期性持續 發振 的水晶 為我們帶來準確的時間 首先 將石英錶內的水晶片上加電 水晶便會以 赫茲的周波數 正確地振動 然後必須將此頻率化成 電流一秒間的一次變化 的信號電流周波數 再增加些信號的幅度 由於因振動而產生的電流甚弱 跟著些信號電流再發動轉子齒輪 錶上的秒針便會隨之發動 之後分針 時針的跳動則關乎於機械結構上的原理 如 秒針跳動 下 分針便會跳一下 石英錶優缺點 石英晶體的化學特性十分穩定 在一般情形下它的化學成份不容易被環境所改變 所以在工業上有很廣泛的用途 石英是一種白氧化物 成分為二氧化矽 sio2 石英置於震盪電路裡會震動 在特定的條件下 它會將其自身的頻率傳遞到電路中 若將這種特性應用於石英機芯 透過石英震盪器可將電能轉變為動利用機械化設備大量生產電路板 再配以電阻及電容 即可完成其機芯 再裝上錶殼 玻璃及錶帶 一只石英錶即粗略的組裝完成 它的好處是準確 重量輕及保養較容易 缺點是 一般石英電池壽命只有一兩年 常需更換 再者是利用石英振盪的手