Page 69 - 《真空与低温》2025年第3期

340 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

板阀门，通过流量计向真空腔中充入氮气实现压力
控制。

坡莫合
金磁帽 PC i
R
V
谐振环
谐振梁
i
电离规
R
电阻规
V
流量计
图 6 熔融石英谐振器的整体结构图
Fig. 6 real sample of the fabricated resonator 图 7 真空测试系统结构示意图

Fig. 7 illustration of the vacuum
3 测试实验 measurement system

搭建了真空测试系统，表征了谐振器的品质因
4 结果与讨论
数与压力的关系。系统结构如图 7 所示，由真空室、
−3
挡板阀门、分子泵、机械泵以及组合真空计和流量 在压力为 1×10 Pa 下分别激励并检测谐振子
计几部分组成。熔融石英谐振器和电路板一起放 的两个模态，测试结果如图 8（a）所示，低频谐振频率
置于真空室中，通过真空室上的真空电极向谐振器 为 15 376.82 Hz，高频谐振频率为 15 381.62 Hz，两者
供电以及提供锁相驱动信号并读出测量信号。 频差为 4.8 Hz，加工误差带来的频率差仅为 0.312‰，
在不同的压力下，测量了谐振器的衰减时间 说明谐振子的加工精度高。驱动低频模态时，观测
以反演品质因数与压力的关系。在中高真空范围 高频模态的信号变化，结果如图 8（b）所示，低频模
内，采用高纯氮气（99.999%）作为测试气体，使用 态的幅值为 0.102 V 时，高频模态的振动幅值仅为
流量计控制进气量并调节挡板阀控制抽速使腔体 0.008 5 V，说明模态振动的主轴与电极方向之间夹
中的压力维持稳定。在中低真空范围内，关闭挡 角较小，装配精度高。

V 激励 V 驱动输出
低频模态 低频模态
0.105 高频模态 0.10 V 高频模态
检测输出

幅值/V 0.070 幅值/V 0.05

0.035

0 0
15.365 15.370 15.375 15.380 15.385 15.390 15.395 15.365 15.370 15.375 15.380 15.385 15.390 15.395
频率/kHz 频率/kHz
（a）低频模态与高频模态扫频测量结果 （b）模态与电极夹角测量结果

图 8 环形谐振传感器的模态扫频测试结果
Fig. 8 measurement results of frequency response

−3
压力为 1×10 Pa 时，分别测量了低频模态和 高频模态的衰减时间为 16.92 s，计算品质因数为
高频模态的品质因数，结果如图 9 所示。低频模 817 000。品质因数相对偏差仅为 0.25%，即谐振器
态的衰减时间为 16.95 s，计算品质因数为 819 000， 具有较小的阻尼不对称性。同时，与气体阻尼无关