Los relojes de cuarzo son aparatos que utilizan un oscilador electrónico regulado por un cristal de cuarzo para marcar 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 hacerlos compactos y económicos, los cronómetros de cuarzo se han convertido en la tecnología de cronometraje más utilizada en el mundo, utilizándose en la mayoría de los relojes de pared y de pulsera, así como en ordenadores y otros aparatos que miden el tiempo.
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Químicamente, el cuarzo es una forma específica de un compuesto llamado dióxido de silicio . Muchos materiales pueden formarse en placas que resonarán . Sin embargo, el cuarzo también es un material piezoeléctrico : es decir, cuando un cristal de cuarzo se somete a una tensión mecánica, como la flexión, acumula carga eléctrica en algunos planos. En un efecto inverso, si se colocan cargas en el plano del cristal, los cristales de cuarzo se doblarán. Dado que el cuarzo puede ser impulsado directamente (para flexionarse) por una señal eléctrica, no se requiere un transductor adicional para usarlo en un resonador . Se utilizan cristales similares en los cartuchos de fonógrafo de gama baja : el movimiento de la aguja flexiona un cristal de cuarzo, lo que produce un pequeño voltaje, que se amplifica y se reproduce a través de altavoces. Los micrófonos de cuarzo todavía están disponibles, aunque no son comunes. [ cita requerida ]
El cuarzo tiene otra ventaja: su tamaño no cambia mucho con las fluctuaciones de temperatura . El cuarzo fundido se utiliza a menudo para equipos de laboratorio que no deben cambiar de forma con la temperatura. La frecuencia de resonancia de una placa de cuarzo, en función de 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 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 una mejor estabilidad de temperatura, los resonadores de acero desaparecieron en pocos años. Más tarde, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (en ese entonces la Oficina Nacional de Estándares de EE. UU.) descubrieron que un oscilador de cristal podría ser más preciso que un reloj de péndulo .
El circuito electrónico es un oscilador , un amplificador cuya salida pasa a través del resonador de cuarzo. El resonador actúa como un filtro electrónico , eliminando todas las frecuencias excepto la única de interés. 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 generar una cascada para hacer que el oscilador oscile a la frecuencia deseada. Si el amplificador estuviera perfectamente libre de ruido, el oscilador no se pondría en marcha.
La frecuencia a la que oscila el cristal depende de su forma, tamaño y del plano cristalino en el que se corta el cuarzo. Las posiciones en las que se colocan los electrodos también pueden cambiar ligeramente la afinación. Si el cristal tiene la forma y la posición correctas, oscilará a una frecuencia deseada. En casi todos los relojes de cuarzo, la frecuencia es32 768 Hz , [1] y el cristal está cortado en forma de diapasón pequeño en un plano de cristal particular. [2] Esta frecuencia es una potencia de dos (32 768 = 2 15 ), lo suficientemente alto como para superar el rango de audición humana , pero lo suficientemente bajo como para mantener el consumo de energía eléctrica , el costo y el tamaño a un nivel modesto y permitir que los contadores económicos deriven un pulso de 1 segundo. [3] La salida de la línea de datos de un resonador de cuarzo de este tipo va alta y baja.32 768 veces por segundo. Esto se introduce en un flip-flop (que es esencialmente dos transistores con un poco de conexión cruzada) que cambia de bajo a alto, o viceversa, siempre que la línea del cristal pasa de alto a bajo. La salida de este último se introduce en 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 frecuencia de potencia 2 efectivo 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 pulsos por segundo se puede utilizar para controlar muchos tipos de relojes. En los relojes de cuarzo analógicos y los relojes de pulsera, la salida de pulsos eléctricos por segundo casi siempre se transfiere a un motor paso a paso de tipo Lavet que convierte los pulsos de entrada electrónicos de la unidad de conteo de flip-flops en una salida mecánica que se puede utilizar para mover las manecillas.
También es posible que los relojes de cuarzo tengan su cristal de cuarzo oscilando a una frecuencia más alta que32 768 (= 2 15 ) Hz (movimientos de cuarzo de alta frecuencia [4] ) y/o generan pulsos digitales más de una vez por segundo, para impulsar un segundero alimentado por motor paso a paso a una potencia mayor de 2 que una vez por segundo, [5] pero el consumo de energía eléctrica (drenaje 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 reloj de cuarzo alimentados por batería sean relativamente raros. Algunos relojes de cuarzo analógicos cuentan con un segundero de barrido movido por una batería no escalonada o un motor eléctrico alimentado por la red eléctrica, lo que a menudo da como resultado un ruido de salida mecánico reducido.
En los modernos relojes de cuarzo de calidad estándar, el resonador u oscilador de cristal de cuarzo está cortado en forma de un diapasón pequeño ( corte XY ), recortado con láser o pulido 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 de división digital 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 unos 4 mm a 6 mm de largo. [ 6]El 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 transversal cuadrática) es [7]
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Un voladizo 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 una frecuencia fundamental de alrededor de 33 kHz. El cristal está sintonizado exactamente a 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 de excitación es mucho mejor que su precisión absoluta. Calidad estándarSe garantiza que los resonadores de 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 principal causa de variación de frecuencia en los osciladores de cristal. La forma más obvia de reducir el efecto de la temperatura en la tasa 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 es poco 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 grado de consumo utilizados en los relojes de pulsera están diseñados para una sensibilidad mínima de temperatura a la frecuencia y funcionan mejor en un rango de temperatura de aproximadamente 25 a 28 °C (77 a 82 °F). La temperatura exacta donde el cristal oscila a su máxima velocidad se denomina "punto de giro" y se puede elegir dentro de ciertos límites. [10] Un punto de giro 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 grado 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, que es equivalente 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 de cronometraje. El uso regular de un reloj de cuarzo reduce significativamente la magnitud de las oscilaciones de temperatura ambiental, ya que una caja de reloj correctamente diseñada forma un horno de cristal conveniente que utiliza la temperatura estable del cuerpo humano para mantener el oscilador de cristal en su rango de temperatura más preciso.
Algunos diseños de mecanismos cuentan con funciones que mejoran la precisión o se autoregulan y calibran automáticamente. Es decir, en lugar de contar las vibraciones, su programa informático toma el recuento simple y lo escala utilizando una relación calculada entre una época establecida en la fábrica y la hora más reciente en la que se ajustó el reloj. Los relojes que a veces son regulados por centros de servicio con la ayuda de un temporizador de precisión y una terminal de ajuste después de salir de la 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 de cuarzo autónomos 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 superficie de la Tierra ) por medio de la navegación astronómica . Cuando se conoce con suficiente precisión la hora en el meridiano principal (u otro punto de partida), la navegación astronómica 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 1077,8 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 . Por lo general, se encuentran en relojes de cuarzo antiguos y antiguos, incluso en muchos de los más económicos. Un condensador trimmer o capacitor variable cambia la frecuencia que proviene del oscilador de cristal de cuarzo cuando se cambia su capacitancia. [13] Los divisores de frecuencia permanecen sin cambios, por lo que el condensador trimmer se puede utilizar para ajustar la salida de pulsos eléctricos por segundo (u otro intervalo de tiempo deseado). El condensador trimmer parece un pequeño tornillo que se ha cableado en 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 a las agujas del reloj lo ralentiza aproximadamente 1 segundo por día por cada 1 ⁄ 6 de vuelta del tornillo. Pocos diseños de movimientos de cuarzo más nuevos cuentan con un condensador trimmer 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 unos cientos o unos miles de veces al día y la compensa con un pequeño desfase calculado. Tanto la compensación de temperatura analógica como la digital se han utilizado en relojes de cuarzo de alta gama. En los relojes de cuarzo de alta gama más caros, la compensación térmica se puede implementar variando el número de ciclos a inhibir en función de la salida de un sensor de temperatura. El estándar de tasa diaria promedio COSC para 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 la compensación térmica y el encapsulamiento riguroso. Cada cronómetro de cuarzo se prueba durante 13 días, en una posición, a 3 temperaturas diferentes y 4 niveles de humedad relativa diferentes. [14] Solo aproximadamente el 0,2% de los relojes de cuarzo fabricados en Suiza están certificados como cronómetros por el COSC. [15] Estos movimientos con certificación de cronómetro COSC se pueden utilizar como cronómetros marinos para determinar la longitud mediante navegación astronómica. [16] [17] [18]
A partir de 2019, se comercializó un movimiento de reloj de cuarzo autónomo de alta precisión alimentado por luz que se afirma que tiene una precisión de ± 1 segundo por año. [19] [20] Los elementos clave para obtener la alta precisión declarada son la aplicación de un cristal de cuarzo de forma inusual (para un reloj) ( corte AT ) operado a 2 23 o8 388 608 Hz de frecuencia, compensación térmica y selección manual de cristales preenvejecidos. [21] Las variaciones de corte AT permiten mayores tolerancias de temperatura, específicamente en el rango de −40 a 125 °C (−40 a 257 °F), presentan desviaciones reducidas causadas por cambios de orientación gravitacional. Como resultado, los errores causados por la orientación espacial y el posicionamiento se vuelven 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 se fabrica deliberadamente para que funcione 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 que se salte 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 incrementos de 7,91 segundos por 30 días para intervalos de 10 segundos (en una compuerta de medición de 10 segundos) o ajustes programados en incrementos de 1,32 segundos por 30 días para intervalos de 60 segundos (en una compuerta de medición de 60 segundos). La ventaja de este método es que usar la programación digital para almacenar la cantidad 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 inhibición-compensación de algunos movimientos de cuarzo puede ser regulada por centros de servicio con la ayuda de un cronómetro de precisión profesional y un terminal de ajuste después de salir de la fábrica, aunque muchos movimientos de relojes de cuarzo económicos no ofrecen esta funcionalidad.
Si un movimiento de cuarzo se "clasifica" diariamente midiendo sus características de cronometraje contra 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 a los circuitos para "regular" el cronometraje, entonces el tiempo corregido será preciso dentro de ±1 segundo por año. Esto es más que adecuado para realizar la determinación de longitud mediante navegación celestial . Estos movimientos de cuarzo con el tiempo se vuelven menos precisos cuando no se ha recibido con éxito una 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 con una precisión de ±0,5 segundos para mantener la hora correcta cuando se redondea al segundo más cercano. [24] Algunos de estos movimientos pueden mantener el tiempo entre sincronizaciones con una precisión de ±0,2 segundos al sincronizar más de una vez a lo largo de un día. [25]
Los cristales de cuarzo para relojes se fabrican en un entorno ultralimpio y luego se protegen mediante un vacío ultraalto inerte en contenedores herméticamente sellados. 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. Por lo general, el efecto del envejecimiento finalmente disminuye la frecuencia de un cristal determinado, pero también puede aumentarla. [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. [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 después. La mayor parte del envejecimiento ocurrirá dentro del primer año de vida útil del cristal. Los cristales eventualmente dejan de envejecer ( asintóticamente ), pero puede llevar muchos años. Los fabricantes de movimientos pueden pre-envejecer los cristales antes de ensamblarlos en movimientos de reloj. Para promover el envejecimiento acelerado, los cristales se exponen a altas temperaturas. [28] Si un cristal es pre-envejecido, 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 se mantendrá precisa por más tiempo si los cristales son pre-envejecidos. La ventaja terminaría después de una regulación posterior que restablece a cero cualquier error de envejecimiento acumulado. Una razón por la que los movimientos más caros tienden a ser más precisos es que los cristales se envejecen previamente durante más tiempo y se seleccionan 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 patrones de tiempo suelen incluir un horno de cristal para mantener el cristal a una temperatura constante. Algunos se autocalifican e incluyen "granjas de cristal" para que el reloj pueda tomar el promedio de un conjunto de mediciones de tiempo.
Los motores paso a paso de tipo Lavet utilizados en los movimientos de los relojes analógicos de cuarzo, que 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 analógicos de cuarzo puede detenerse temporalmente, avanzar o retroceder y afectar negativamente la hora correcta. Como la fuerza de un campo magnético casi siempre disminuye con la distancia, alejar un movimiento de reloj analógico de cuarzo de una fuente magnética externa que interfiera normalmente da como resultado la reanudación de la salida mecánica correcta. Algunos comprobadores de relojes de pulsera de cuarzo cuentan con una función de campo magnético para probar si el motor paso a paso puede proporcionar una salida mecánica y dejar que el tren de engranajes y las manecillas giren deliberadamente demasiado rápido para eliminar pequeñas suciedades. En general, el magnetismo que se encuentra en la vida diaria no tiene efecto en los movimientos de los relojes digitales de cuarzo, ya que no hay motores paso a paso en estos movimientos. [30] Las fuentes de magnetismo potentes como los imanes de resonancia magnética pueden dañar los movimientos de los relojes de cuarzo. [31]
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Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo fueron descubiertas por Jacques y Pierre Curie en 1880. El oscilador de tubo de vacío fue inventado en 1912. [32] Un oscilador eléctrico fue utilizado por primera vez para sostener el movimiento de un diapasón por el físico británico William Eccles 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 en el Reino Unido y Warren Marrison en los Laboratorios Bell Telephone produjeron secuencias de señales de tiempo 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 los Laboratorios Bell Telephone . [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 controlado por submúltiplos luego lo dividía en un pulso regular utilizable que impulsaba un motor sincrónico . [38]
Las siguientes 3 décadas vieron el desarrollo de relojes de cuarzo como estándares de tiempo de precisión en entornos de laboratorio; la electrónica de conteo delicada y voluminosa, construida con tubos de vacío , limitó su uso en otros lugares. En 1932, un reloj de cuarzo pudo medir pequeñas variaciones en la tasa de rotación de la Tierra durante períodos tan cortos como unas pocas semanas. [39] En Japón en 1932, Issac Koga desarrolló un corte de cristal que dio una frecuencia de oscilación con una dependencia de la temperatura muy reducida. [40] [41] [42] La Oficina Nacional de Normas (ahora NIST ) basó el estándar de tiempo de los EE. UU. En relojes de cuarzo entre la década de 1930 y la de 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 el desarrollo de la lógica digital de semiconductores barata en la década de 1960. La 14ª edición revisada de la Encyclopædia Britannica de 1929 afirmaba que los relojes de cuarzo probablemente nunca serían lo suficientemente asequibles como para ser utilizados en el ámbito doméstico. [ cita requerida ]
Su estabilidad física y química inherentes y su precisión han dado lugar a su proliferación posterior y, desde la década de 1940, han formado la base para mediciones precisas de tiempo y frecuencia en todo el mundo. [45]
El desarrollo de relojes de cuarzo para el mercado de consumo tuvo lugar durante la década de 1960. 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 la competencia de 1966 del Observatorio de Neuchâtel . [47] En 1967, tanto el CEH como Seiko presentaron prototipos de relojes de pulsera de cuarzo en la competencia del Observatorio de Neuchâtel. [46] [48] Los primeros prototipos de relojes de pulsera analógicos de cuarzo del mundo se revelaron 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 había estado trabajando en relojes de cuarzo desde 1958). [49] [46] [ 47] [51] El primer reloj de cuarzo suizo, el Ebauches SA Beta 21, llegó en 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 es honrado con el IEEE Milestone . [55] [56] El Astron tenía un oscilador de cuarzo con una frecuencia de 8.192 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, que fue 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 eventualmente logrado han dado como resultado la proliferación de relojes de cuarzo desde entonces.
Girard-Perregaux introdujo 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 los circuitos integrados de semiconductor de óxido de metal (MOS) permitió una vida útil de la batería de 12 meses a partir de una sola celda de moneda al impulsar un motor paso a paso mecánico de tipo Lavet , un motor no paso a paso de barrido suave 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 en el mercado masivo. En entornos de laboratorio, los relojes atómicos habían reemplazado a los relojes de cuarzo como base para mediciones precisas de tiempo y frecuencia, lo que resultó en el Tiempo Atómico Internacional .
En la década de 1980, la tecnología del cuarzo había reemplazado a los movimientos mecánicos de volante anteriores en aplicaciones como temporizadores de cocina , despertadores , cerraduras de bóvedas bancarias y fusibles de tiempo en municiones , lo que generó un trastorno conocido en la relojería como la crisis del cuarzo .
Los relojes de cuarzo han dominado el mercado de los relojes de pulsera y de uso doméstico desde la década de 1980. Debido al alto factor Q y al bajo coeficiente de temperatura del cristal de cuarzo, son más precisos que los mejores relojes mecánicos, y la eliminación de todas las partes móviles y la sensibilidad significativamente menor a las perturbaciones de causas externas como el magnetismo y los golpes los hace más resistentes y elimina la necesidad de un mantenimiento periódico.
Las unidades de cristal de reloj estándar o de reloj en tiempo real (RTC) se han convertido en artículos baratos producidos en masa en el mercado de componentes electrónicos. [59]
El umbral absoluto suele empezar a aumentar bruscamente cuando la frecuencia de la señal supera los 15 kHz aproximadamente. ... Los resultados actuales muestran que algunos humanos pueden percibir tonos de hasta al menos 28 kHz cuando su nivel supera los 100 dB SPL aproximadamente.
