Comment améliorer la dérive des résonateurs à quartz pour applications spatiales ?

par Bruno Delmas

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Jean-Jacques Boy.

Soutenue en 2009

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Depuis près d'un siècle, les résonateurs à quartz à ondes de volume sont utilisés pour stabiliser les oscillateurs électriques. Cette longévité est due aux propriétés exceptionnelles du quartz et aux progrès constants de la technique. Pour les applications spatiales, il n'est généralement pas possible d'intervenir sur le composant. La dérive en fréquence doit alors être réduite et contrôlée sur des dizaines d'années. Cette variation systématique de la fréquence de résonance au cours du temps est due à l'évolution de plusieurs phénomènes physiques dont nous avons fait la synthèse et une analyse quantitative. Le premier de nos deux axes d'études porte sur l'étude des contraintes mécaniques dans la lame de quartz. Un travail bibliographique nous a permis d'étudier les spécificités de différentes formes de résonateur pour comprendre l'effet des contraintes mécaniques et les moyens de limiter la variation d fréquence induite. Les outils de modélisation actuels nous ont aidés à mettre au point une géométrie apportant une nette réduction de l'effet force- fréquence, confirmée par les mesures des premiers prototypes. L'autre axe d'étude est expérimental et porte sur un procédé essentiel communément appelé "pré-vieillissement". Les nombreuses contraintes de cette étude, telles que le temps, nous ont imposé une organisation méthodique de l'expérimentation. Ainsi, les plans factoriels fractionnaires nous ont permis de limiter les moyens techniques tout en obtenant les effets de chaque paramètre définissant le pré-vieillissement. Les résultats convergent vers la même conclusion que celle faite lors de l'étude quantitative des phénomènes physiques produisant le vieillissement.

  • Titre traduit

    How to improve the frequency drift of quartz resonators used for space applications ?


  • Résumé

    Bulk acoustic wave quartz resonators have been used to stabilize electric oscillators for about thousand Years. Amazing quartz material properties and technical improvement explain this lifespan. For spatial applications, an intervention on such component is clearly impossible. Then, the frequency shift, which a part is due to aging, has to be reduced and well controlled over many years. The frequency changes systematically with time under the impact of physical phenomenon variation. Here we sum up them and we did a quantitative analysis. Our first study concerns quartz plate stress relief. After a wide bibliographical search, we analyse some no-standard designs and the results put stress relief and dormant part in a prominent place. Helped by modern modeling tools, we design a new shape of quartz plate which bas very low force- frequency sensitivity. Then, the measurements of several samples confirm this specification. Our second study, mainly experimental, is about the pre-aging. Lots of problem in this kind of work, as time for example, require some carefully defined tests. Fractional factorial designs bring us some strict way to plan testing and to maximize obtained results about pre-aging parameters. The quantitative anal is results and experimental ones are leading to the same conclusion about physical phenomenon bringing about the aging.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 20XX par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Comment améliorer la dérive des résonateurs à quartz pour applications spatiales ?

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Bibliogr. p.165 -170

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • PEB soumis à condition
  • Cote : SCI.BESA.2009.36
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