Los relojes de cuarzo y los relojes de cuarzo son piezas de tiempo que utilizan un oscilador electrónico regulado por un cristal de cuarzo para mantener el tiempo. Este oscilador de cristal crea una señal con una frecuencia muy precisa , de modo que los relojes de cuarzo son al menos un orden de magnitud más precisos que los relojes mecánicos . Generalmente, alguna forma de lógica digital cuenta los ciclos de esta señal y proporciona una visualización numérica del tiempo , generalmente en unidades de horas, minutos y segundos.
Desde la década de 1980, cuando la llegada de la electrónica digital de estado sólido permitió que fueran compactos y económicos, los cronómetros de cuarzo se han convertido en la tecnología de cronometraje más utilizada en el mundo, utilizada en la mayoría de los relojes, así como en computadoras y otros aparatos que marcan el tiempo. .
.jpg/1280px-Quartz_Clockwork_(disassembled).jpg)
Químicamente, el cuarzo es una forma específica de un compuesto llamado dióxido de silicio . Muchos materiales pueden formar placas que resonarán . Sin embargo, el cuarzo también es un material piezoeléctrico : es decir, cuando un cristal de cuarzo está sujeto a tensiones mecánicas, como por ejemplo la flexión, acumula carga eléctrica en algunos planos. En el efecto inverso, si se colocan cargas a lo largo del plano del cristal, los cristales de cuarzo se doblarán. Dado que el cuarzo puede ser impulsado directamente (para flexionarse) mediante una señal eléctrica, no se requiere ningún transductor adicional para usarlo en un resonador . Se utilizan cristales similares en cartuchos de fonógrafo de gama baja : el movimiento del lápiz (aguja) flexiona un cristal de cuarzo, que produce un pequeño voltaje, que se amplifica y se reproduce a través de los altavoces. Los micrófonos de cuarzo todavía están disponibles, aunque no son comunes. [ cita necesaria ]
El cuarzo tiene otra ventaja: su tamaño no cambia mucho con los cambios de temperatura . El cuarzo fundido se utiliza a menudo en equipos de laboratorio que no deben cambiar de forma con la temperatura. La frecuencia de resonancia de una placa de cuarzo, según su tamaño, no aumentará ni disminuirá significativamente. De manera similar, dado que su resonador no cambia de forma, un reloj de cuarzo seguirá siendo relativamente preciso a medida que cambie la temperatura.
A principios del siglo XX, los ingenieros de radio buscaron una fuente precisa y estable de frecuencias de radio y comenzaron al principio con resonadores de acero. Sin embargo, cuando Walter Guyton Cady descubrió a principios de la década de 1920 que el cuarzo puede resonar con menos equipo y mejor estabilidad de la temperatura, los resonadores de acero desaparecieron en unos pocos años. Más tarde, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (entonces Oficina Nacional de Estándares de EE. UU.) descubrieron que un oscilador de cristal podía ser más preciso que un reloj de péndulo .
El circuito electrónico es un oscilador , un amplificador cuya salida pasa por el resonador de cuarzo. El resonador actúa como un filtro electrónico , eliminando todas las frecuencias de interés excepto la única. La salida del resonador retroalimenta la entrada del amplificador y el resonador asegura que el oscilador funcione a la frecuencia exacta de interés. Cuando se enciende el circuito, una única ráfaga de ruido de disparo (siempre presente en los circuitos electrónicos) puede caer en cascada para hacer que el oscilador oscile a la frecuencia deseada. Si el amplificador estuviera perfectamente libre de ruido, el oscilador no arrancaría.
La frecuencia a la que oscila el cristal depende de su forma, tamaño y del plano del cristal en el que se corta el cuarzo. Las posiciones en las que se colocan los electrodos también pueden cambiar ligeramente la sintonización. Si el cristal tiene la forma y la posición precisas, oscilará a la frecuencia deseada. En casi todos los relojes de cuarzo, la frecuencia es32 768 Hz , [1] y el cristal se corta en forma de pequeño diapasón en un plano de cristal particular. [2] Esta frecuencia es una potencia de dos (32 768 = 2 15 ), lo suficientemente alto como para exceder el rango de audición humana , pero lo suficientemente bajo como para mantener el consumo, el costo y el tamaño de la energía eléctrica en un nivel modesto y para permitir que contadores económicos obtengan un pulso de 1 segundo. [3] La salida de la línea de datos de un resonador de cuarzo de este tipo sube y baja32 768 veces por segundo. Esto se introduce en un flip-flop (que son esencialmente dos transistores con un poco de conexión cruzada) que cambia de bajo a alto, o viceversa, cada vez que la línea del cristal va de alto a bajo. La salida de eso se alimenta a un segundo flip-flop, y así sucesivamente a través de una cadena de 15 flip-flops, cada uno de los cuales actúa como un divisor de potencia efectiva de 2 frecuencias al dividir la frecuencia de la señal de entrada por 2. El resultado es un contador digital binario de 15 bits impulsado por la frecuencia que se desbordará una vez por segundo, creando un pulso digital una vez por segundo. La salida de pulso por segundo se puede utilizar para controlar muchos tipos de relojes. En los relojes de pulsera y de cuarzo analógicos, la salida de pulsos eléctricos por segundo casi siempre se transfiere a un motor paso a paso tipo Lavet que convierte los pulsos de entrada electrónicos de la unidad de conteo de flip-flops en salida mecánica que puede usarse para mover las manecillas.
También es posible que los relojes de cuarzo hagan que su cristal de cuarzo oscile a una frecuencia más alta que la32 768 (= 2 15 ) Hz (movimientos de cuarzo de alta frecuencia [4] ) y/o generar pulsos digitales más de una vez por segundo, para accionar un motor paso a paso accionado por segundero a una potencia mayor de 2 que una vez por segundo, [5 ] pero el consumo de energía eléctrica (agotamiento de la batería) aumenta porque las frecuencias de oscilación más altas y cualquier activación del motor paso a paso cuestan energía, lo que hace que estos pequeños movimientos de relojes de cuarzo que funcionan con baterías sean relativamente raros. Algunos relojes de cuarzo analógicos cuentan con un segundero movido por una batería no escalonada o un motor eléctrico alimentado por la red eléctrica, lo que a menudo resulta en una reducción del ruido de salida mecánico.
En los relojes de cuarzo modernos de calidad estándar, el resonador u oscilador de cristal de cuarzo se corta en forma de un pequeño diapasón ( corte XY ), se recorta con láser o se lape con precisión para que vibre a32 768 Hz . Esta frecuencia es igual a 2 15 ciclos por segundo. Se elige una potencia de 2 para que una cadena simple de etapas digitales divididas por 2 pueda derivar la señal de 1 Hz necesaria para accionar el segundero del reloj. En la mayoría de los relojes, el resonador se encuentra en un pequeño paquete cilíndrico o plano, de aproximadamente 4 mm a 6 mm de largo. [6] ElEl resonador de 32 768 Hz se ha vuelto tan común debido a un compromiso entre el gran tamaño físico de los cristales de baja frecuencia para relojes y el mayor consumo de corriente de los cristales de alta frecuencia , lo que reduce la vida útil de la batería del reloj .
La fórmula básica para calcular la frecuencia fundamental ( f ) de vibración de un voladizo en función de sus dimensiones (sección cuadrática) es [7]
dónde
Un voladizo hecho de cuarzo ( E = 10 11 N /m 2 = 100 GPa y ρ = 2634 kg /m 3 [9] ) con una longitud de 3 mm y un espesor de 0,3 mm tiene, por tanto, una frecuencia fundamental de alrededor de 33 kHz. El cristal está sintonizado exactamente en 2 15 =32 768 Hz o funciona a una frecuencia ligeramente superior con compensación de inhibición (ver más abajo).
La estabilidad relativa del resonador de cuarzo y su circuito impulsor es mucho mejor que su precisión absoluta. Calidad estandarSe garantiza que los resonadores de 32 768 Hz de este tipo tienen una precisión a largo plazo de aproximadamente seis partes por millón (0,0006%) a 31 °C (87,8 °F): es decir, un reloj de cuarzo o de pulsera típico ganará o perderá 15 segundos cada 30 días (dentro de un rango de temperatura normal de 5 a 35 °C o 41 a 95 °F) o menos de medio segundo de desviación del reloj por día cuando se usa cerca del cuerpo.
Aunque el cuarzo tiene un coeficiente de expansión térmica muy bajo , los cambios de temperatura son la causa principal de la variación de frecuencia en los osciladores de cristal. La forma más obvia de reducir el efecto de la temperatura sobre la velocidad de oscilación es mantener el cristal a una temperatura constante. Para los osciladores de laboratorio, se utiliza un oscilador de cristal controlado por horno , en el que el cristal se mantiene en un horno muy pequeño que se mantiene a una temperatura constante. Sin embargo, este método no es práctico para los movimientos de relojes de cuarzo y de pulsera de consumo.
Los planos de cristal y la sintonización de los resonadores de cristal de reloj de consumo utilizados en los relojes de pulsera están diseñados para una sensibilidad mínima a la temperatura y la frecuencia y funcionan mejor en un rango de temperatura de aproximadamente 25 a 28 °C (77 a 82 °F). La temperatura exacta a la que el cristal oscila más rápidamente se denomina "punto de rotación" y puede elegirse dentro de ciertos límites. [10] Un punto de rotación bien elegido puede minimizar el efecto negativo de la deriva de frecuencia inducida por la temperatura y, por lo tanto, mejorar la precisión práctica del cronometraje de un oscilador de cristal de consumo sin agregar un costo significativo. [10] Una temperatura más alta o más baja dará como resultado una tasa de oscilación de −0,035 ppm /°C 2 (más lenta). Por lo tanto, una desviación de temperatura de ±1 °C representará un cambio de tasa de (±1) 2 × −0,035 ppm = −0,035 ppm, lo que equivale a −1,1 segundos por año. Si, en cambio, el cristal experimenta una desviación de temperatura de ±10 °C, entonces el cambio de velocidad será (±10) 2 × −0,035 ppm = −3,5 ppm, lo que equivale a −110 segundos por año. [11]
Los fabricantes de relojes de cuarzo utilizan una versión simplificada del método del oscilador de cristal controlado por horno y recomiendan que sus relojes se usen con regularidad para garantizar el mejor rendimiento en el cronometraje. El uso regular de un reloj de cuarzo reduce significativamente la magnitud de los cambios de temperatura ambiental, ya que una caja de reloj correctamente diseñada forma un conveniente horno de cristal que utiliza la temperatura estable del cuerpo humano para mantener el oscilador de cristal en su rango de temperatura más preciso.
Algunos diseños de movimiento presentan funciones que mejoran la precisión o se autocalifican y autorregulan. Es decir, en lugar de simplemente contar las vibraciones, su programa de computadora toma el conteo simple y lo escala usando una relación calculada entre una época establecida en la fábrica y la hora más reciente en que se ajustó el reloj. Los relojes que a veces son regulados por los centros de servicio con la ayuda de un cronómetro de precisión y un terminal de ajuste después de salir de fábrica, también se vuelven más precisos a medida que su cristal de cuarzo envejece y los efectos del envejecimiento algo impredecibles se compensan adecuadamente.
Los movimientos autónomos de cuarzo de alta precisión, incluso en relojes de pulsera , pueden tener una precisión de ±1 a ±25 segundos por año y pueden certificarse y usarse como cronómetros marinos para determinar la longitud (la posición Este - Oeste de un punto en la Tierra ). superficie) mediante navegación celeste . Cuando se conoce con suficiente precisión la hora en el meridiano principal (u otro punto de partida), la navegación celeste puede determinar la longitud, y cuanto más exactamente se conozca la hora, más precisa será la determinación de la latitud. En una latitud de 45°, un segundo de tiempo equivale en longitud a 1.077,8 pies (328,51 m ), o una décima de segundo significa 107,8 pies (32,86 m). [12]
Independientemente de la precisión del oscilador, un movimiento de reloj analógico o digital de cuarzo puede tener un condensador trimmer . Generalmente se encuentran en relojes de cuarzo antiguos y antiguos, incluso en muchos de los más baratos. Un condensador trimmer o condensador variable cambia la frecuencia proveniente del oscilador de cristal de cuarzo cuando se cambia su capacitancia. [13] Los divisores de frecuencia permanecen sin cambios, por lo que el condensador de ajuste se puede utilizar para ajustar la salida de pulso eléctrico por segundo (u otro intervalo de tiempo deseado). El condensador recortador parece un pequeño tornillo conectado a la placa de circuito. Por lo general, girar el tornillo en el sentido de las agujas del reloj acelera el movimiento y en el sentido contrario lo ralentiza aproximadamente 1 segundo por día por 1 ⁄ 6 de vuelta del tornillo. Pocos diseños de movimientos de cuarzo más nuevos cuentan con un condensador recortador mecánico y se basan en métodos de corrección generalmente digitales.
Es posible que un movimiento de cuarzo computarizado de alta precisión mida su temperatura y se ajuste a ella. Para ello, el movimiento mide de forma autónoma la temperatura del cristal entre unos cientos y miles de veces al día y lo compensa con una pequeña compensación calculada. En los relojes de cuarzo de alta gama se ha utilizado compensación de temperatura tanto analógica como digital . En los relojes de cuarzo de alta gama más caros, la compensación térmica se puede implementar variando el número de ciclos para inhibir dependiendo de la salida de un sensor de temperatura. El estándar de frecuencia diaria promedio del COSC para los cronómetros de cuarzo COSC certificados oficialmente es de ±25,55 segundos por año a 23 °C o 73 °F. Para adquirir la etiqueta de cronómetro COSC, un instrumento de cuarzo debe beneficiarse de una termocompensación y de un encapsulado riguroso. Cada cronómetro de cuarzo se prueba durante 13 días, en una posición, a 3 temperaturas diferentes y 4 niveles diferentes de humedad relativa. [14] Sólo aproximadamente el 0,2% de los relojes de cuarzo fabricados en Suiza cuentan con la certificación de cronómetro del COSC. [15] Estos movimientos con certificación de cronómetro COSC se pueden utilizar como cronómetros marinos para determinar la longitud mediante navegación celeste. [16] [17] [18]
A partir de 2019, estuvo disponible comercialmente un movimiento de reloj de cuarzo autónomo impulsado por luz de alta precisión que, según se afirma, tiene una precisión de ± 1 segundo por año. [19] [20] Los elementos clave para obtener la alta precisión reivindicada son la aplicación de un cristal de cuarzo de forma inusual ( corte AT ) para un reloj que funcione a 2 23 oFrecuencia de 8 388 608 Hz , compensación térmica y selección manual de cristales preenvejecidos. [21] Además de que las variaciones de corte AT permiten mayores tolerancias de temperatura, específicamente en el rango de −40 a 125 °C (−40 a 257 °F), exhiben desviaciones reducidas causadas por cambios de orientación gravitacional. Como resultado, los errores causados por la orientación espacial y el posicionamiento pasan a ser una preocupación menor. [22] [23]
Muchos relojes de cuarzo económicos utilizan una técnica de clasificación y compensación conocida como compensación de inhibición . [1] El cristal está hecho deliberadamente para correr un poco más rápido. Después de la fabricación, cada módulo se calibra con un reloj de precisión en la fábrica y se ajusta para mantener la hora exacta programando la lógica digital para omitir una pequeña cantidad de ciclos del cristal a intervalos regulares, como 10 segundos o 1 minuto. Para un movimiento de cuarzo típico, esto permite ajustes programados en 7,91 segundos en incrementos de 30 días para intervalos de 10 segundos (en una puerta de medición de 10 segundos) o ajustes programados en 1,32 segundos en incrementos de 30 días para intervalos de 60 segundos (en un 60 -segunda puerta de medición). La ventaja de este método es que usar programación digital para almacenar el número de pulsos a suprimir en un registro de memoria no volátil en el chip es menos costoso que la técnica más antigua de recortar la frecuencia del diapasón de cuarzo. La lógica de compensación de inhibición de algunos movimientos de cuarzo puede ser regulada por los centros de servicio con la ayuda de un cronómetro de precisión profesional y un terminal de ajuste después de salir de fábrica, aunque muchos movimientos de relojes de cuarzo económicos no ofrecen esta funcionalidad.
Si un movimiento de cuarzo se "califica" diariamente midiendo sus características de cronometraje con respecto a una señal horaria de radio o una señal horaria satelital , para determinar cuánto tiempo ganó o perdió el movimiento entre recepciones de señales horarias, y se realizan ajustes en los circuitos para "regularlo". el cronometraje, la hora corregida será precisa dentro de ±1 segundo por año. Esto es más que adecuado para realizar la determinación de la longitud mediante navegación celeste . Estos movimientos de cuarzo con el tiempo se vuelven menos precisos cuando no se ha recibido con éxito ninguna señal horaria externa y se ha procesado internamente para establecer o sincronizar su hora automáticamente, y sin dicha compensación externa generalmente recurren al cronometraje autónomo. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos (NIST) ha publicado pautas que recomiendan que estos movimientos mantengan el tiempo entre sincronizaciones dentro de ±0,5 segundos para mantener el tiempo correcto cuando se redondea al segundo más cercano. [24] Algunos de estos movimientos pueden mantener el tiempo entre sincronizaciones dentro de ±0,2 segundos sincronizando más de una vez a lo largo de un día. [25]
Los cristales de cuarzo de reloj se fabrican en un entorno ultralimpio y luego se protegen mediante un vacío ultraalto inerte en recipientes herméticamente cerrados. A pesar de estas medidas, la frecuencia de un cristal de cuarzo puede cambiar lentamente con el tiempo. Sin embargo, el efecto del envejecimiento es mucho menor que el efecto de la variación de frecuencia causada por los cambios de temperatura y los fabricantes pueden estimar sus efectos. Generalmente, el efecto de envejecimiento eventualmente disminuye la frecuencia de un cristal determinado, pero también puede aumentar la frecuencia de un cristal determinado. [26]
Los factores que pueden causar una pequeña deriva de frecuencia con el tiempo son el alivio de tensión en la estructura de montaje, la pérdida del sello hermético, la contaminación de la red cristalina , la absorción de humedad, los cambios en o sobre el cristal de cuarzo, los efectos severos de golpes y vibraciones y la exposición a temperaturas muy altas. altas temperaturas. [27] El envejecimiento del cristal tiende a ser logarítmico , lo que significa que la tasa máxima de cambio de frecuencia ocurre inmediatamente después de la fabricación y decae posteriormente. La mayor parte del envejecimiento ocurrirá dentro del primer año de vida útil del cristal. Los cristales eventualmente dejan de envejecer ( asintóticamente ), pero esto puede tardar muchos años. Los fabricantes de movimientos pueden envejecer previamente los cristales antes de ensamblarlos en los movimientos del reloj. Para promover el envejecimiento acelerado los cristales se exponen a altas temperaturas. [28] Si un cristal está preenvejecido, el fabricante puede medir sus tasas de envejecimiento (estrictamente, los coeficientes en la fórmula de envejecimiento) y hacer que un microcontrolador calcule las correcciones a lo largo del tiempo. La calibración inicial de un movimiento seguirá siendo precisa durante más tiempo si los cristales están preenvejecidos. La ventaja terminaría después de una regulación posterior que restablezca a cero cualquier error de envejecimiento acumulativo. Una razón por la que los movimientos más caros tienden a ser más precisos es que los cristales están preenvejecidos por más tiempo y seleccionados para un mejor rendimiento de envejecimiento. A veces, los cristales preenvejecidos se seleccionan a mano para el rendimiento del movimiento. [29]
Los cronómetros de cuarzo diseñados como estándares de tiempo suelen incluir un horno de cristal , para mantener el cristal a una temperatura constante. Algunos se autocalifican e incluyen "granjas de cristal", de modo que el reloj puede tomar el promedio de un conjunto de mediciones de tiempo.
Los motores paso a paso tipo Lavet utilizados en los movimientos de relojes de cuarzo analógicos, que a su vez son impulsados por un campo magnético (generado por la bobina), pueden verse afectados por fuentes de magnetismo externas (cercanas) , y esto puede afectar la salida de la rueda dentada del rotor . Como resultado, la salida mecánica de los movimientos de los relojes de cuarzo analógicos puede detenerse, avanzar o retroceder temporalmente y afectar negativamente el cronometraje correcto. Como la fuerza de un campo magnético casi siempre disminuye con la distancia, alejar un movimiento de reloj de cuarzo analógico de una fuente magnética externa que interfiere normalmente resulta en una reanudación de la salida mecánica correcta. Algunos probadores de relojes de pulsera de cuarzo cuentan con una función de campo magnético para probar si el motor paso a paso puede proporcionar salida mecánica y dejar que el tren de engranajes y las manecillas giren deliberadamente demasiado rápido para eliminar incrustaciones menores. En general, el magnetismo que se encuentra en la vida diaria no tiene ningún efecto sobre los movimientos de los relojes de cuarzo digitales, ya que estos movimientos no tienen motores paso a paso. [30] Las potentes fuentes de magnetismo, como los imanes de resonancia magnética , pueden dañar los movimientos de los relojes de cuarzo. [31]
.jpg/1280px-Clock_(4140348113).jpg)
Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo fueron descubiertas por Jacques y Pierre Curie en 1880. El oscilador de tubo de vacío se inventó en 1912. [32] El físico británico William Eccles utilizó por primera vez un oscilador eléctrico para sostener el movimiento de un diapasón en 1919; [33] su logro eliminó gran parte de la amortiguación asociada con los dispositivos mecánicos y maximizó la estabilidad de la frecuencia de la vibración. [33] El primer oscilador de cristal de cuarzo fue construido por Walter G. Cady en 1921. En 1923, DW Dye en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido y Warren Marrison en Bell Telephone Laboratories produjeron secuencias de señales temporales de precisión con osciladores de cuarzo.
En octubre de 1927, Joseph W. Horton y Warren A. Marrison describieron y construyeron el primer reloj de cuarzo en Bell Telephone Laboratories . [34] [a] [36] [37] El reloj de 1927 utilizaba un bloque de cristal, estimulado por electricidad, para producir pulsos a una frecuencia de 50.000 ciclos por segundo. [38] Un generador de frecuencia controlada submúltiple luego lo dividió en un pulso regular utilizable que impulsaba un motor síncrono . [38]
Las siguientes tres décadas vieron el desarrollo de relojes de cuarzo como estándares de precisión del tiempo en entornos de laboratorio; La voluminosa y delicada electrónica de conteo, construida con tubos de vacío , limitó su uso en otros lugares. En 1932, un reloj de cuarzo pudo medir pequeñas variaciones en la velocidad de rotación de la Tierra en períodos tan cortos como unas pocas semanas. [39] En Japón, en 1932, Issac Koga desarrolló un corte de cristal que proporcionaba una frecuencia de oscilación con una dependencia de la temperatura muy reducida. [40] [41] [42] La Oficina Nacional de Estándares (ahora NIST ) basó el estándar de tiempo de los EE. UU. en relojes de cuarzo entre las décadas de 1930 y 1960, después de lo cual pasó a los relojes atómicos . [43] En 1953, Longines implementó el primer movimiento de cuarzo. [44] El uso más amplio de la tecnología de relojes de cuarzo tuvo que esperar al desarrollo de lógica digital semiconductora barata en la década de 1960. La decimocuarta edición revisada de 1929 de la Encyclopædia Britannica afirmaba que los relojes de cuarzo probablemente nunca serían lo suficientemente asequibles para ser utilizados en el país. [ cita necesaria ]
Su estabilidad y precisión física y química inherentes han dado lugar a la posterior proliferación y, desde la década de 1940, han formado la base para mediciones precisas del tiempo y la frecuencia en todo el mundo. [45]
Durante los años 60 se desarrollaron relojes de cuarzo para el mercado de consumo. Uno de los primeros éxitos fue un reloj de cuarzo portátil llamado Seiko Crystal Chronometer QC-951 . Este reloj portátil se utilizó como cronómetro de respaldo para eventos de maratón en los Juegos Olímpicos de Verano de 1964 en Tokio. [46] En 1966, Seiko y Longines dieron a conocer los prototipos del primer reloj de bolsillo de cuarzo del mundo en el concurso de 1966 del Observatorio de Neuchâtel . [47] En 1967, tanto la CEH como Seiko presentaron prototipos de relojes de pulsera de cuarzo al concurso del Observatorio de Neuchâtel. [46] [48] Los primeros prototipos de relojes de pulsera analógicos de cuarzo del mundo fueron revelados en 1967: el Beta 1 revelado por el Centre Electronique Horloger (CEH) en Neuchâtel, Suiza, [49] [50] y el prototipo del Astron revelado por Seiko en Japón (Seiko trabajaba en relojes de cuarzo desde 1958). [49] [46] [47] [51] El primer reloj de cuarzo suizo, el Ebauches SA Beta 21, llegó a la Feria de Basilea de 1970 . [47] [52] En diciembre de 1969, Seiko produjo el primer reloj de pulsera de cuarzo comercial del mundo, el Seiko-Quartz Astron 35SQ [53] [54] que ahora recibe el premio IEEE Milestone . [55] [56] El Astron tenía un oscilador de cuarzo con una frecuencia de 8192 Hz y tenía una precisión de 0,2 segundos por día, 5 segundos por mes o 1 minuto por año. El Astron se lanzó menos de un año antes de la introducción del Swiss Beta 21, desarrollado por 16 fabricantes de relojes suizos y utilizado por Rolex, Patek y Omega en sus modelos de electrocuarzo. Estos primeros relojes de cuarzo eran bastante caros y se comercializaban como relojes de lujo. La precisión inherente y el bajo costo de producción finalmente logrado han dado como resultado la proliferación de relojes de cuarzo desde entonces.
Girard-Perregaux presentó el Calibre 350 en 1971, con una precisión anunciada de aproximadamente 0,164 segundos por día, que tenía un oscilador de cuarzo con una frecuencia de 32.768 Hz, que era más rápido que los movimientos de relojes de cuarzo anteriores y desde entonces se ha convertido en la frecuencia de oscilación utilizada por la mayoría de los relojes de cuarzo. [57] [58] La introducción durante la década de 1970 de circuitos integrados semiconductores de óxido metálico (MOS) permitió una duración de batería de 12 meses con una sola celda de botón cuando se accionaba un motor paso a paso mecánico tipo Lavet , un motor paso a paso mecánico de barrido suave, motor paso a paso o una pantalla de cristal líquido (en un reloj digital LCD). Las pantallas de diodos emisores de luz (LED) para relojes se han vuelto raras debido a su consumo de batería comparativamente alto. Estas innovaciones hicieron que la tecnología fuera adecuada para su adopción masiva en el mercado. En los entornos de laboratorio, los relojes atómicos habían reemplazado a los relojes de cuarzo como base para las mediciones precisas del tiempo y la frecuencia, lo que dio como resultado el Tiempo Atómico Internacional .
En la década de 1980, la tecnología del cuarzo se había apoderado de aplicaciones como cronómetros de cocina , relojes despertadores , cerraduras de tiempo para bóvedas de bancos y espoletas de tiempo para municiones, a partir de anteriores movimientos mecánicos de volante , un trastorno conocido en la relojería como la crisis del cuarzo .
Los relojes de cuarzo han dominado el mercado de relojes de pulsera y relojes nacionales desde la década de 1980. Debido al alto factor Q y al coeficiente de baja temperatura del cristal de cuarzo, son más precisos que los mejores relojes mecánicos, y la eliminación de todas las piezas móviles y una sensibilidad significativamente menor a las perturbaciones por causas externas como el magnetismo y los golpes los hace más resistentes. y elimina la necesidad de mantenimiento periódico.
Las unidades de cristal estándar de 'reloj' o reloj en tiempo real (RTC) se han convertido en artículos baratos producidos en masa en el mercado de piezas electrónicas. [59]
El umbral absoluto suele comenzar a aumentar bruscamente cuando la frecuencia de la señal supera los 15 kHz.
... Los resultados actuales muestran que algunos humanos pueden percibir tonos de hasta al menos 28 kHz cuando su nivel excede aproximadamente 100 dB SPL.
