晶振模块调节配置装置及晶振模块环境适应性调节方法

摘要

本发明提供了一种晶振模块调节配置装置及晶振模块环境适应性调节方法。本发明从晶振性能的内在机理出发，通过晶振振动数据采集及机理挖掘，求解出晶振振动机理与调节参数的映射函数；并对晶振模块环境适应性调节装置进行调节，提高晶振模块振动条件环境适应性。

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种晶振模块调节配置装置及晶振模块环境适应性调节方法。

背景技术

随着军民航空电子设备的蓬勃发展，各种高速飞行器对其使用的电子设备在振动环境中的稳定度提出了日益苛刻的要求，这对晶振降噪的相关设计提出了前所未有的挑战。晶体振荡器在振动环境下的相位噪声同时受到晶体本身的加速度灵敏度、晶体振荡器的中心频率、振动环境的频率和强度的影响。晶振随着频率源系统所处的振动环境的改变直接导致在实际工程应用中晶振模块货架化难以实现。因此，研究晶振环境适应性可配置技术，已经成为了航空电子装备行业内的一个迫切需求。

在恶劣振动环境中，目前主要的降低晶振模块相位噪声的方法有橡胶片减振、钢丝绳减振及主动减振等，行业内依旧采取定制化的设计理念来对相应的晶振模块进行减振设计。事实上，由于晶振加工工艺品质的不一致性始终存在，相同型号、不同批次的晶振都存在着较大的环境适应性差异，这已经直接影响到晶振模块降噪设计的有效性，实际的工程实践已经证明，一味的提高隔振率已经不能满足系统对频率源信号稳、准、纯的苛刻要求，目前的相应的处理方法有一定的局限性。另一方面，传统的晶振模块减振设计一般脱离晶振内在机理的研究，并没有从环境对晶振性能的内在机理出发来进行环境适应性配置设计。综上所述，目前的晶振模块振动条件环境适应性不能满足航空电子装备复杂多变的使用环境，不足以满足目前晶振日益苛刻的工作要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种晶振模块调节配置装置及晶振模块环境适应性调节方法。

所述晶振模块调节配置装置，包括底座圆腔、方位调整座、俯仰调整座、用于固定晶振的PCB板；其中，底座圆腔为顶部开口的圆形腔体；方位调整座位于底座圆腔内，设置有顶部开口的矩形腔体，且能够在底座圆腔内以底座圆腔中心轴为中心转动，所述底座圆腔侧壁设置有若干螺纹安装孔，螺钉能够穿过螺纹安装孔将方位调整座以一定角度固定；

    所述俯仰调整座为矩形框体，位于方位调整座内，下端相对两侧设置向下的圆弧形凸起，且沿着圆弧设置有多个孔，所述方位调整座侧壁设置若干孔，螺钉能够穿过方位调整座侧壁及俯仰调整座下端的孔使得使俯仰调整座以一定角度固定于方位调整座内；

所述PCB板放置在俯仰调整座上。

进一步的，还包括盖板，所述盖板盖住底座圆腔。

进一步的，方位调整座相对两侧设置圆弧形突出物，且所述圆弧形突出物的弧度与底座圆腔侧壁的弧度吻合。

进一步的，方位调整座的方位角度±180°范围内可调。

进一步的，俯仰调整座在俯仰角度±30°范围内可调。

一种利用上述的晶振模块调节配置装置的晶振模块环境适应度配置方法，包含下列步骤：

第一步：测试待测试晶振模块静态及多组振动工作状态的相位噪声；

第二步：设定振动环境输入条件，建立机理推演数据库，通过基于响应面模型的影响机理数据库，进行数据挖掘；

第三步：结合数据挖掘结果，给出晶振振动工作机理的线性或者非线性关系；

第四步：将待测试晶振模块装入到环境适应性调节装置中；

第五步：输入晶振模块调节装置可调节参数矩阵；

第六步：建立以提高电性能为目标的数学规划，线性化处理以后求解，得到可以直接指导装置调整的配置参数 ；

第七步：根据得到的映射函数计算调整参数，达到晶振模块环境适应度和调节的目的。

进一步的，在第二步中，所述振动环境输入条件指振动量级及振动频率。

进一步的，第五步中，所述可调节参数矩阵由俯仰调整座的俯仰角调节参数及方位调整座的方位角调节参数组成。

进一步的，第六步中，线性化处理以后通过SLP求解。

本发明的有益效果为：

本发明采用数据挖掘、数学规划法等方法设计了一套晶振模块环境适应度配置系统，并设计了调节装置来实现适应度配置。其可以求解晶振振动环境适应度与振动机理的映射函数，相比于其他晶振振动环境主被动减振降噪系统。本发明的优势在于以下几个方面：

1.   利用环境适应度来描述晶振在不同振动环境下的性能恶化情况； 

2.   通过SLP求解出的振动输入条件和调节量的数学关系，根据该数学关系可以依据不同的振动环境来选择可调范围内最佳调整方案；

3.   对于技术模块货架化管理，采用本方法的晶振模块可靠性要高于传统的设计方案。

附图说明

图1为本发明所述晶振模块环境适应性调节装置的结构爆炸图。

图2为方位调整座位于底座圆腔内的示意图。

图3为俯仰调整座的示意图。

图4为俯仰调整座安装于方位调整座内的示意图。

图5为本发明所述晶振模块环境适应性调节方法的流程图。

图中：1.盖板；2.晶振；3.俯仰调整座；4.方位调整座；5.底座圆腔。

具体实施方式

本发明的设计构思为：从晶振性能的内在机理出发，通过晶振振动数据采集及机理挖掘，求解出晶振振动机理与调节参数的映射函数；并对晶振模块环境适应性调节装置进行调节，提高晶振模块振动条件环境适应性。

在介绍本发明所述方法之前，对晶振模块环境适应性调节装置进行详细说明。

 如图1所示为该装置的外观结构爆炸图。该装置包括底座圆腔5、方位调整座4、俯仰调整座3、用于固定晶振2的PCB板（图中未示出PCB板）、盖板1。

其中，底座圆腔5最大，为顶部开口的圆形腔体。腔体上端沿着圆边设置有若干螺钉孔，所述螺钉孔用于固定盖板1。

如图2所示，方位调整座4位于底座圆腔5内，为矩形腔体，矩形腔体外围对角线长度等于底座圆腔5的内直径长度，使得其能够在底座圆腔5内以底座圆腔5圆心轴为中心转动。方位角度±180°范围内可调。

优选的，为了使方位调整座4转动更加平滑，方位调整座4相对的两侧设置圆弧状突出物，该圆弧状突出物与底座圆腔5侧壁的弧度吻合。进一步的，其弧边略延伸到相邻两直角边两端形成圆角过渡，以使转动更加灵活。本发明实现方位角度±180°范围内可调。

所述底座圆腔5侧壁设置均有若干螺纹安装孔，根据晶振2加速度敏感度，螺钉穿过其中的某些螺纹安装孔固定方位调整座4。

如图3所示为俯仰调整座3的示意图，所述俯仰调整座3位于方位调整座4内，为中空的矩形框体，下端相对两侧设置向下的圆弧形凸起，且沿着圆弧边设置有多个孔，称为内孔。如图4所示为俯仰调整座3安装于方位调整座4内的示意图，可见，所述方位调整座4未设置圆弧状突出物的两个侧壁设置孔，称为外孔。使用时，螺钉能够穿过外孔、某个内孔使俯仰调整座3以一定角度固定于方位调整座4内。本发明实现俯仰±30°范围内可调。

所述固定有晶振2的PCB板放置在俯仰调整座3上；晶振2通过插针插入PCB板，之后焊接在一起。

所述盖板1为圆形，沿着圆边设置有若干螺钉孔，螺钉穿过盖板1圆边的螺钉孔、底座圆腔5上端的螺钉孔将两者固定在一起。

该装置的使用方法为：

预先得到晶振2需要的方位角度及俯仰角度，通过方位调整座4在底座圆腔5内的转动进行方位角±180°范围内的调节，通过俯仰调整座3在方位调整座4的固定位置进行俯仰±30°范围内的调节。调节完毕后盖上盖板1。

下面对利用晶振模块调节配置装置的基于晶振振动工作机理的环境适应度配置方法进行说明。

具体步骤如图5所示：

第一步：测试晶振模块静态及多组振动工作状态的相位噪声。

第二步：设定振动工作环境输入条件，建立机理推演数据库，通过基于响应面模型的影响机理数据库，进行数据挖掘。

振动环境输入条件是指振动量级G，振动频率f。建立机理推演数据库指由二次多项式构造的晶振振动影响参数的响应面模型，模型数学表达式建立一系列拟合多项式。举例说明，如

通过选择、、、系列参数置零与否，来切换拟合公式。举例来说，如果拟合函数是，在获取下一组频率漂移值时，响应面模型是在上进行推演，推演结果为；再获取下一组频率漂移值时，响应面模型是在上进行推演，推演结果为。以此类推，直到获取最后一组频率漂移值时，推演结果为。反之亦然，有可能对于某种类型的晶振来说推演结果亦可能直接是，通常来说，响应面模型为x的三次项以下的函数。每次修正都将得到一条拟合函数。

第三步：结合数据挖掘结果，给出晶振振动工作机理的线性或非线性关系：。

第四步：将待测试晶振模块装入到环境适应性调节装置中。

第五步：根据上一步中环境适应性调节装置的具体涉及方案输入晶振模块环境适应性调节装置可调节参数矩阵。

可调节参数矩阵是指，为俯仰角调节参数，为方位角调节参数，均是一系列离散值。

第六步：建立以提高电性能为目标的数学规划，线性化处理以后直接利用SLP求解，得到可以直接指导装置调整的配置参数；

当振动机理得到以后，即可得多个振动敏感型方向矢量，通过建立优化模型：

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Min：

s.t：

通过SLP求解，可得俯仰角调节参数及方位角调节参数。

第七步：根据得到的映射函数计算调整参数，达到晶振模块环境适应度和调节的目的。

所述映射函数是俯仰角调节参数、方位角调节参数与电气性能的函数。

本发明的有益效果为：

本发明采用数据挖掘、数学规划法等方法设计了一套晶振模块环境适应度配置系统，并设计了调节装置来实现适应度配置。其可以求解晶振振动环境适应度与振动机理的映射函数，相比于其他晶振振动环境主被动减振降噪系统，本发明的优势在于以下几个方面：

1.利用环境适应度来描述晶振在不同振动环境下的性能恶化情况； 

2.通过SLP求解出的振动输入条件和调节量的数学关系，根据该数学关系可以依据不同的振动环境来选择可调范围内最佳调整方案；

3.对于技术模块货架化管理，采用本方法的晶振模块可靠性要高于传统的设计方案。