Посмотреть

<час />

Фон

Самый старый способ определения времени - это наблюдение за положением солнца на небе. Когда солнце находится прямо над головой, время около 12:00. Чуть более позднее развитие, и на один вопрос меньше, зависит от индивидуального суждения, - это использование солнечных часов. В дневное время солнечный свет падает на вертикальный столб, расположенный в центре откалиброванного циферблата, таким образом отбрасывая тень на циферблат и обеспечивая читателю относительно точное показание времени.

Изобретение механических часов в четырнадцатом веке было большим достижением - оно обеспечило более краткий и последовательный метод измерения времени. Механические часы включают в себя сложную серию колес, шестерен и рычагов, приводимых в движение падающими грузами и маятником (или, позже, заводной пружиной). Эти части вместе перемещали стрелку или стрелки на циферблате, чтобы показать время. Вскоре последовали добавление курантов или гонгов на час, полчаса и четверть часа. К восемнадцатому веку стали доступны домашние часы меньшего размера, которые, в отличие от своих предшественников, были закрыты и запечатаны в футляре.

Чем точнее выполнялись движущиеся части, тем точнее были часы. С момента изобретения до середины двадцатого века разработка часов была направлена ​​на обеспечение максимальной точности работы движущихся частей. Развитие технологий обработки металлов и миниатюризации, смазка мелких деталей и использование сначала натуральных сапфиров (а затем искусственных сапфиров) в местах, подвергающихся наибольшей нагрузке (часовой механизм с драгоценными камнями), стали неотъемлемыми компонентами часовой науки. К концу девятнадцатого века стали доступны небольшие карманные часы диаметром от двух до трех дюймов (от пяти до семи сантиметров). К 1960-м годам в Соединенных Штатах механические наручные часы были обычным явлением. И все же основная проблема, с которой столкнулись часовщики и часовщики, осталась прежней:механические детали изнашиваются, становятся неточными и ломаются.

В годы сразу после Второй мировой войны интерес к атомной физике привел к разработке атомных часов. Радиоактивные материалы испускают частицы (распадаются) с известной постоянной скоростью. Части механических часов, которые вращались, чтобы отслеживать время, можно было заменить устройством, которое стимулировало движение часов каждый раз, когда радиоактивный элемент испускал частицу. Между прочим, атомные часы все еще производятся и продаются, и оказалось, что они неизменно точны.

С развитием микрочипа в 1970-х и 1980-х годах был изобретен новый тип часов. Наручные часы, в которых микрочипы сочетаются с кристаллами кварца, стали стандартом; наручных часов без кварца сегодня выпускается мало. Микрочип используется для постоянной отправки сигналов на циферблат часов. Поскольку это не механическое устройство с движущимися частями, оно не изнашивается.

В кварцевых часах используется давно известный тип электричества, известный как пьезоэлектричество. Пьезоэлектричество - это ток, который течет от или через кусок кварца, когда кварц подвергается электрическому и / или механическому давлению (пьезо происходит от греческого глагола, означающего «нажимать»). В кварцевых часах используется электричество от кварца, на которое подается электричество от батареи . отправлять Сердце кварцевых часов - крошечная полоска кварца. В естественном виде кварц сначала загружают в гигантский котел или автоклав. Сверху автоклава свисают зародыши или крошечные частицы кварца с желаемой кристаллической структурой. Щелочной материал закачивается на дно автоклава, и автоклав нагревается до высокой температуры, при этом кварц растворяется в горячей щелочной жидкости, испаряется и осаждается на семенах. Примерно через 75 дней камеру можно открыть, а только что выросшие кристаллы кварца можно удалить и разрезать до нужных пропорций. регулярная, счетная серия сигналов (колебаний) к одному или нескольким микрочипам. (Электрические настенные часы, напротив, используют регулярность тока в стене, чтобы отслеживать время.)

Самыми точными кварцевыми часами являются те, в которых время отображается на цифровом дисплее с электронным управлением, отображаемым с помощью светодиода (LED) . или жидкокристаллический дисплей (ЖКД). Конечно, можно, чтобы микропроцессор отправлял свои сигналы механическим устройствам, которые заставляют стрелки перемещаться по циферблату, создавая аналоговый дисплей. Но поскольку стрелки механически управляются через часть часов, известную как зубчатая передача, аналоговые часы обычно не так точны, как цифровые, и подвержены износу. Оба типа часов обеспечивают потрясающую точность, причем цифровые часы обычно показывают точность в пределах трех секунд в месяц.

Сырье

В электронных часах используются многие из самых современных материалов, в том числе пластмассы и легированные металлы. Корпуса могут быть как из пластика, так и из металла; часы с металлическим корпусом часто включают нержавеющую сталь . поддержка. Микрочипы обычно изготавливаются из кремния, а светодиоды - из арсенида галлия, фосфида галлия или фосфида арсенида галлия. ЖК-дисплеи состоят из жидких кристаллов, зажатых между кусочками стекла. Электрические контакты между частями обычно выполняются из небольшого количества золота . (или позолочены); золото - почти идеальный электрический проводник, и его можно успешно использовать в очень небольших количествах.

Производственный
процесс

В этом разделе речь пойдет о кварцевых цифровых часах со светодиодными дисплеями. Хотя сборка таких часов должна выполняться тщательно и методично, наиболее важные аспекты производственного процесса заключаются в изготовлении компонентов.

Кварц

• 1 Сердце кварцевых часов - крошечная полоска кварца. Изготовленный синтетическим способом кварц режется алмазной пилой и отправляется часовщику для использования. Производство «выращенного» кварца является важным этапом процесса.

  Кварц в естественной форме сначала загружается в гигантский чайник или автоклав (то же самое устройство, которое используют врачи и стоматологи для стерилизации инструментов). Сверху автоклава свисают семена или крошечные частицы кварца. При сборке часов весь набор кристаллов и микрочипов устанавливается на печатной плате. Также установлена ​​батарея, которая вырабатывает электричество для кристалла кварца и обеспечивает питание светодиодного дисплея. с желаемой кристаллической структурой. Щелочной материал закачивается на дно автоклава, и автоклав нагревается до температуры примерно 750 градусов по Фаренгейту (400 градусов по Цельсию). Природный кварц растворяется в горячей щелочной жидкости, испаряется и осаждается на семенах. Когда он откладывается, он повторяет образец кристаллической структуры семян. Примерно через 75 дней камеру можно открыть, а только что выросшие кристаллы кварца можно удалить и разрезать до нужных пропорций. Различные углы и толщина резания обеспечивают предсказуемую скорость колебаний. Желаемая частота колебаний кварца, используемого в наручных часах, составляет 100 000 мегагерц или 100 000 колебаний в секунду.

• 2 Для наиболее эффективной работы кусок кварца необходимо запечатать в той или иной вакуумной камере. Чаще всего кварц помещают в своего рода капсулу с проводами, прикрепленными к обоим концам, так что капсулу можно припаять или иным образом подсоединить к печатной плате.

Микрочип

• 3 Электронные выводы, генерируемые батареей через кварц (вызывающие колебания), поступают на микрочип, который служит «схемой деления частоты». Производство микрочипов, как и кварцевых, также осуществляется поставщиком производителя часов. Обширный и сложный процесс изготовления микрочипов включает химическое и / или рентгеновское травление микроскопической электронной схемы на крошечный кусочек диоксида кремния.
• 4 Частота колебаний, составляющая примерно 100 000 колебаний в секунду, снижается до 1 или 60 или другого более управляемого числа колебаний. Затем новый образец колебаний отправляется на другой микрочип, который функционирует как «драйвер счетчика-декодера». Этот чип фактически будет считать принимаемые колебания. Если есть шестьдесят колебаний в секунду, микросхема будет менять показания светодиода каждую секунду. После 3600 колебаний (60 x 60) счетчик даст команду светодиоду изменить показание в течение нескольких минут. И после 60 x 60 x 60 колебаний (216 000) счетчик изменит показание часов.

Сборка

• 5 Весь набор кристаллов и микросхем размещен на печатной плате. На плате есть место для батареи, которая подает электричество на кристалл кварца и обеспечивает питание светодиодного дисплея. Обычно место для батареи находится на внешней стороне поверхности, обращенной к задней части корпуса. Батарею можно заменить, сняв заднюю часть часов, вытряхнув старую и вставив новую батарею.
• 6 Затем подключается механизм, используемый для настройки часов. Этот механизм состоит из двух штифтов, выходящих за пределы корпуса часов. Один вывод позволяет схеме счетчика узнать, какое значение следует сбросить - секунды, минуты или часы. На второй штифт нажимают несколько раз, чтобы вывести на дисплей желаемое значение.
• 7 Вся печатная плата вместе с батареей затем закрывается в чехол и к нему прикрепляется браслет.

Дополнительные функции часов

Поскольку микрочипы в кварцевых часах способны хранить большие объемы информации, с инженерной точки зрения можно без особого труда добавить к часам другие функции. Дополнительная кнопка на корпусе, подключенная к цепи счетчика, может выдавать сигналы тревоги, информацию о приливах и т. Д. Микрочип можно так же легко запрограммировать на перевод часов вперед или назад на определенную величину одним нажатием кнопки, чтобы владелец мог определять время в другом часовом поясе или, возможно, иметь два, три или более временных пояса. отображается последовательно.

Контроль качества

Все компоненты электронных часов производятся под строгой системой контроля качества. Кристаллы кварца, например, проверяют свою частоту перед использованием в часах. Микрочипы должны изготавливаться в условиях «чистой комнаты» со специально отфильтрованным воздухом, поскольку даже мельчайшие частицы пыли могут сделать чип бесполезным. Микрочипы тщательно исследуются, а также проходят стендовые испытания на точность перед использованием.

После изготовления часы снова проходят испытания перед отправкой на рынок. Помимо точности отсчета времени, он также подвергается испытанию на падение, в ходе которого он должен продолжать работать должным образом после падения или иного злоупотребления; температурный тест; и водный тест. Хотя производитель часов может при наличии надлежащих испытаний и подтверждений утверждать, что часы «водонепроницаемы» в определенных известных спецификациях, было бы неверно сказать, что часы «водонепроницаемы», потому что без конкретной спецификации такое обозначение не имеет смысла.

Крупные часовые компании производят все компоненты самостоятельно, обеспечивая соблюдение стандартов качества на самом раннем этапе производственного процесса.

Будущее

Поскольку современные электронные часы по своей конструкции настолько точны, точность - не единственная цель, к которой стремится производитель часов. Будущие изменения в продукте будут использовать преимущества других технологий из других областей, таких как добавление функции калькулятора к часам или даже добавление радиопередатчика, который может посылать отслеживаемый сигнал, если владелец потерян или попал в беду.