Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Automatic stand for testing characteristics of quartz resonators

Dominika Joanna Kopala

Abstract

Present diploma thesis consisted in the construction and implementation of a measurement device for testing the properties of quartz resonators. The appliance generates the sinusoidal waveform of an amplitude and frequency based directly on the resonator, which is being tested. The device makes it possible to form a signal and measure the resonance of the quartz crystal in the nominal range of 4 MHz up to 16 MHz. The presented solution provides two ways of performing tests. The first way is by the direct attaching of the resonator to the contact strip placed on the device casing. This method is applicable in making measurements at ambient temperature and enables to get a graph of frequency changes as a function of time. The second way is to use the attached probe, which enables to put the tested resonator in a medium at different temperature than the ambient temperature. Additionally, using the thermostat, it is possible to test fluently the impact of the temperature changes on the stability of the resonator frequency. The device is small in size, which makes it possible to carry it easily. It is also packed in a plastic casing, thanks to what it is also light. The probe is resistant to slight mechanical damage and wires damages thanks to the plastic cover. It is also resistant to the harmful effects of liquids, in which the probe can be immersed. The connector in the probe is stable enough to hold the resonator inside it during measurements. The probe as well as the strip on the casing enable to perform tests on resonators with both wider and narrower leads, without the need of bending the leads. Because the device is dedicated for usage in laboratories, it does not contain the internal power supply nor the inner measurement tool. It makes it possible to gain the higher measurement precision thanks to the high stability of the power supply. The device is powered by an outside DC power supply. Outside of the device, on the casing, there are the banana connectors marked properly. For the good generation performance, the device must be powered by the external voltage of 12 V. In order to gain the most precise frequency measurement there is an output, which is connected to the frequency counter. It makes it possible to perform measurements with the resolution of 0,01 Hz. In order to perform measuring process automatically, the frequency counter for measuring frequency and the thermostat for temperature regulation, in which the quartz resonator is placed, were integrated together. It was done in LabVIEW environment using the programmed application. It provides automatic acquisition of frequency from the frequency counter and to manipulate the thermostat as well as read the current temperature. The application works in two modes. The first mode enables to measure the frequency during the time and with the sampling frequency set previously by user. Is it possible to use the contact strip as well as the probe for this mode. The second mode measures the frequency dependence on the given temperature. The temperature is changed in the user specified range with the given step. This mode requires the probe to be used. Both modes enable to save the results to the file and to the computer’s hard drive.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Dominika Joanna Kopala (FM) Dominika Joanna Kopala,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Automatyczne stanowisko do badania charakterystyk rezonatorów kwarcowych
Supervisor
Michał Nowicki (FM/IMBE) Michał Nowicki,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
17-04-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Michał Nowicki (FM/IMBE) Michał Nowicki,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Roman Szewczyk (FM/IMBE) - Industrial Research Institute for Automation and Measurements (PIAP) Roman Szewczyk,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)Author's external affiliation: Industrial Research Institute for Automation and Measurements
Keywords in Polish
kwarc, rezonans, rezonator kwarcowy, pomiar częstotliwości
Keywords in English
quartz, resonance, quartz resonator, frequency measurement
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy dyplomowej było skonstruowanie oraz zbudowanie układu pomiarowego do badania właściwości rezonatorów kwarcowych. Układ generuje sygnał sinusoidalny o amplitudzie i częstotliwości zależnej bezpośrednio od badanego rezonatora. Urządzenie umożliwia generowanie sygnału i pomiar rezonansu kryształu kwarcu w zakresie nominalnym od 4 MHz do 16 MHz. Przedstawione rozwiązanie umożliwia wykonywanie badań na dwa sposoby. Pierwszym jest bezpośrednie wpięcie rezonatora do listwy znajdującej się na obudowie urządzenia. Ta metoda znajduje zastosowanie do wykonywania pomiarów w temperaturze otoczenia i pozwala uzyskać wykres zmian częstotliwości w funkcji czasu. Drugim sposobem jest wykorzystanie dołączonej sondy, która umożliwia umieszczenie badanego rezonatora w ośrodku o odmiennej wartości temperatury niż temperatura otoczenia. Dodatkowo, wykorzystując termostat, można płynnie badać wpływ zmiany temperaturę na stabilność częstotliwości rezonatora. Można z jej pomocą badać również stabilność rezonatorów w funkcji czasu. Urządzenie jest niewielkich gabarytów, co umożliwia bezproblemowy transport. Jest ono opakowane w pudełko z tworzywa sztucznego, dzięki czemu urządzenie jest również lekkie. Sonda jest odporna na nieznaczne narażenia mechaniczne i uszkodzenia przewodów dzięki zabezpieczeniu osłoną z tworzywa sztucznego. Jest ona również zabezpieczona przed szkodliwym działaniem cieczy, w której może być zanurzona. Złącze w sondzie jest wystarczająco stabilne, by utrzymać rezonator w sondzie w trakcie pomiarów. Zarówno sonda, jak i listwa na obudowie, umożliwiają dokonywanie pomiarów na rezonatorach o szerszym i węższym rozstawie wyprowadzeń, bez konieczności ich odginania. Ponieważ urządzenie przeznaczone jest do pomiarów w warunkach laboratoryjnych, nie posiada ono wewnętrznego układu zasilania ani wewnętrznego układu pomiarowego. Zapewnia to dużo lepszą dokładność uzyskiwanych wyników dzięki wysokiej stabilności źródła zasilania. Przyrząd zasilany jest zewnętrznie ze źródła prądu stałego. Na zewnątrz urządzenia, na obudowie, znajdują się złącza bananowe o odpowiednich oznaczeniach. Aby urządzenie działało poprawnie, musi być zasilane napięciem zewnętrznym o wartości 12 V. W celu jak najdokładniejszego pomiaru częstotliwości urządzenie ma wyjście, które podłączane jest do zewnętrznego licznika częstotliwości. Umożliwia to pomiar w rozdzielczości do 0,01 Hz. W celu zautomatyzowania przebiegu procesu pomiarowego, zintegrowano ze sobą częstościomierz do pomiaru częstotliwości oraz termostat do regulacji temperatury, w jakiej znajduje się badany rezonator kwarcowy. Zrobiono to w środowisku LabVIEW za pomocą zaprogramowanej aplikacji. Umożliwia ona zdalny odczyt częstotliwości z licznika oraz sterowanie termostatem i odczyt aktualnej temperatury. Program pracuje w dwóch trybach. Pierwszy tryb umożliwia pomiar częstotliwości przez zadany okres czasu z zadaną częstotliwością próbkowania. Można do tego wykorzystać zarówno listwę w urządzeniu, jak i sondę pomiarową. Drugi tryb mierzy zależność częstotliwości od zadanej temperatury. Zmienia ją w wyznaczonym przez użytkownika zakresie co określony wcześniej przyrost. Ten tryb wymaga już użycia sondy. Oba tryby umożliwiają zapis uzyskanych wyników do pliku i zapisanie go na dysku komputera.
File
  • File: 1
    MT_1st_278214.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31631

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT444439d776fc4c3b996d940bf415eba4/
URN
urn:pw-repo:WUT444439d776fc4c3b996d940bf415eba4

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page