Reloj de cuarzo

Un reloj de cuarzo analógico básico

Reloj de pulsera de cuarzo moderno

Los relojes de cuarzo son instrumentos que utilizan un oscilador electrónico regulado por un cristal de cuarzo para medir el tiempo. Este oscilador , controlado por las vibraciones mecánicas resonantes del cristal, genera una señal de frecuencia muy precisa , lo que hace que los relojes de cuarzo sean al menos diez veces más exactos que los relojes mecánicos . Generalmente, algún tipo de lógica digital cuenta los ciclos de esta señal y muestra la hora numéricamente , normalmente en horas, minutos y segundos.

Con la llegada de la electrónica digital de estado sólido en la década de 1980, que permitió fabricar relojes más compactos y económicos, los relojes de cuarzo se convirtieron en la tecnología de cronometraje más utilizada en el mundo, presente en la mayoría de los relojes de pared y de pulsera, así como en ordenadores y otros aparatos que miden la hora.

Químicamente, el cuarzo es una forma específica de un compuesto llamado dióxido de silicio . Muchos materiales pueden transformarse en placas que resuenen . Sin embargo, el cuarzo también es un material piezoeléctrico : es decir, cuando un cristal de cuarzo se somete a tensión mecánica, como la flexión, acumula carga eléctrica en algunos planos. En efecto inverso, si se colocan cargas a través del plano cristalino, los cristales de cuarzo se doblan. Dado que el cuarzo puede ser accionado directamente (para flexionarse) por una señal eléctrica, no se requiere ningún transductor adicional para usarlo en un resonador . Cristales similares se utilizan en cápsulas fonográficas de gama baja : el movimiento de la aguja flexiona un cristal de cuarzo, que produce un pequeño voltaje, el cual se amplifica y se reproduce a través de los altavoces. Todavía se fabrican micrófonos de cuarzo, aunque no son comunes.

El cuarzo presenta la ventaja adicional de que su tamaño apenas varía con las fluctuaciones de temperatura . El cuarzo fundido se utiliza a menudo en equipos de laboratorio que deben mantener su forma inalterable debido a los cambios de temperatura. La frecuencia de resonancia de una placa de cuarzo, en función de su tamaño, no aumenta ni disminuye significativamente. Del mismo modo, dado que su resonador no cambia de forma, un reloj de cuarzo conserva una precisión relativa ante las variaciones de temperatura.

A principios del siglo XX, los ingenieros de radio buscaban una fuente precisa y estable de radiofrecuencias y, en un principio, utilizaron resonadores de acero. Sin embargo, cuando Walter Guyton Cady descubrió a principios de la década de 1920 que el cuarzo podía resonar con menos equipo y mayor estabilidad térmica, los resonadores de acero desaparecieron en pocos años. Posteriormente, 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 a través del resonador de cuarzo. El resonador actúa como un filtro electrónico , eliminando todas las frecuencias excepto la de interés. La salida del resonador se realimenta a la entrada del amplificador, y el resonador asegura que el oscilador funcione a la frecuencia exacta deseada. Al encender el circuito, un único pulso de ruido de disparo (siempre presente en los circuitos electrónicos) puede provocar que el oscilador oscile a la frecuencia deseada. Si el amplificador no tuviera ningún ruido, el oscilador no se activaría.

La frecuencia a la que oscila el cristal depende de su forma, tamaño y del plano cristalino en el que se corta el cuarzo. La posición de los electrodos también puede modificar ligeramente la afinación. Si el cristal tiene la forma y la posición correctas, oscilará a la 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 cristalino 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 en un nivel modesto y permitir que contadores económicos deriven un pulso de 1 segundo. ^{[ 3 ]} La salida de la línea de datos de dicho resonador de cuarzo va a nivel alto y bajo32 768 veces por segundo. Esta señal se introduce en un flip-flop (que es esencialmente dos transistores con una conexión cruzada) que cambia de bajo a alto, o viceversa, cuando la línea del cristal pasa de alto a bajo. La salida de este flip-flop 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 efectivo de potencia de 2 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 desborda 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 de pulsera, la salida eléctrica de pulsos 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 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 accionar un segundero accionado por un motor paso a paso 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 tales pequeños movimientos de relojes de cuarzo alimentados por batería sean relativamente raros. Algunos relojes de cuarzo analógicos cuentan con un segundero de barrido movido por un motor eléctrico no paso a paso alimentado por batería o red eléctrica, lo que a menudo resulta en un ruido de salida mecánico reducido.

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 pule con precisión para vibrar a32 768  Hz . Esta frecuencia es igual a 2 ¹⁵ ciclos por segundo. Se elige una potencia de 2 para que una simple cadena de etapas de división digital por 2 pueda derivar laSe necesita una señal de 1  Hz 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 a 6 mm (0,16 a 0,24 pulgadas) de largo. ^{[ 6 ]} El  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${\displaystyle f}$de vibración de una viga en voladizo en función de sus dimensiones (sección transversal cuadrática) es ^{[ 7 ]}

${\displaystyle f={\frac {1.875104^{2}}{2\pi }}{\frac {a}{l^{2}}}{\sqrt {\frac {E}{12\rho }}},}$

dónde

${\displaystyle 1.875104}$(redondeado) es la solución positiva más pequeña de la ecuación${\displaystyle \cos(x)\cosh(x)=-1}$; ^{[ 8 ]}

${\displaystyle l}$es la longitud de la viga en voladizo;

${\displaystyle a}$es su espesor en la dirección del movimiento;

${\displaystyle E}$es su módulo de Young ; y

${\displaystyle \rho }$es su densidad .

Una viga en voladizo hecha de cuarzo (${\displaystyle E}$= 10 ¹¹ N /m ²  = 100 GPa = 15 millones de psi ;     ${\displaystyle \rho }$= 2,625 g/cm³ ⁼ 0,0948 lb /pulg³ [ ^{9 ] )} , con una longitud de 3 mm (0,12 pulg) y un espesor de 0,3 mm (0,012 pulg) , por lo tanto tiene una frecuencia fundamental 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 (véase más abajo).

La estabilidad relativa del resonador de cuarzo y su circuito de control es mucho mejor que su precisión absoluta. Calidad estándar.Los resonadores de 32 768  Hz de este tipo tienen garantizada 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 de 41 a 95 °F ) o menos de medio segundo de desviación del reloj por día cuando se usa cerca del cuerpo.    

Mejora de la precisión

Algunos diseños de mecanismos incorporan funciones que mejoran la precisión, como la autorregulación. Es decir, en lugar de simplemente contar las vibraciones, su programa informático toma el conteo simple y lo ajusta mediante una relación calculada entre una época establecida en fábrica y la última hora en que se ajustó el reloj. Los relojes que, tras salir de fábrica, a veces son regulados por centros de servicio con la ayuda de un cronómetro de precisión y un terminal de ajuste, también se vuelven más precisos a medida que su cristal de cuarzo envejece y se compensan adecuadamente los efectos del envejecimiento, que a veces son impredecibles.

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 utilizarse como cronómetros marinos para determinar la longitud (la posición este - oeste de un punto en la superficie terrestre ) mediante navegación celeste . Cuando se conoce con suficiente precisión la hora en el meridiano de Greenwich (u otro punto de partida), la navegación celeste puede determinar la longitud, y cuanto más precisa sea la hora, más precisa será la determinación de la latitud. A 45° de latitud, un segundo de tiempo equivale en longitud a 1077,8 pies (328,51 m ) , o una décima de segundo equivale a 107,8 pies (32,86 m) . ^{[ 12 ]}    

Condensador recortador

Independientemente de la precisión del oscilador, un movimiento de reloj analógico o digital de cuarzo puede tener un condensador variable . Generalmente se encuentran en relojes de cuarzo antiguos, incluso en muchos de los más económicos. Un condensador variable cambia la frecuencia proveniente del oscilador de cristal de cuarzo cuando se modifica su capacitancia. ^{[ 13 ]} Los divisores de frecuencia permanecen sin cambios, por lo que el condensador variable se puede usar para ajustar la salida de pulsos eléctricos por segundo (u otro intervalo de tiempo deseado). El condensador variable parece un pequeño tornillo conectado a la placa de circuito. Normalmente, girar el tornillo en el sentido de las agujas del reloj acelera el movimiento, y en sentido contrario lo ralentiza aproximadamente 1 segundo por día por cada 1/6 de vuelta del tornillo. Pocos diseños de movimientos de cuarzo más recientes incorporan un condensador variable mecánico y generalmente se basan en métodos de corrección digitales.

Compensación térmica

Relojes de cuarzo de precisión mejorada

Cronómetro marino Omega de 4,19  MHz con resonador de cuarzo de alta frecuencia, que ofrece una precisión superior a ± 5 segundos al año, emitido por la Armada francesa.

Cronógrafo analógico-digital Citizen con recepción de señal horaria por radio en 4 áreas (Norteamérica, Europa, China, Japón) y sincronización radiocontrolada.

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 unos miles de veces al día y lo 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 del COSC para cronómetros de cuarzo con certificación oficial del COSC es de ±25,55 segundos por año a 23 °C o 73 °F . Para obtener la etiqueta de cronómetro del COSC, un instrumento de cuarzo debe beneficiarse de la compensación térmica y una encapsulación rigurosa. 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 de fabricación suiza están certificados como cronómetros por el COSC. ^{[ 15 ]} Estos movimientos con certificación de cronómetro COSC pueden utilizarse como cronómetros marinos para determinar la longitud mediante navegación celeste. ^{[ 16 ] [ 17 ]}  

Métodos adicionales para mejorar la precisión

A partir de 2019, un movimiento de reloj de cuarzo autónomo alimentado por luz y de alta precisión se comercializó y se afirma que tiene una precisión de ± 1 segundo por año. ^{[ 18 ] [ 19 ]} 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 oFrecuencia de 8 388 608  Hz , compensación térmica y selección manual de cristales pre-envejecidos. ^{[ 20 ]} Las variaciones de corte AT permiten mayores tolerancias de temperatura, específicamente en el rango de −40 a 125 °C (−40 a 257 °F) , y presentan desviaciones reducidas causadas por cambios de orientación gravitacional. Como resultado, los errores causados ​​por la orientación espacial y el posicionamiento se vuelven menos preocupantes. ^{[ 21 ] [ 22 ]}  

Compensación de la inhibición

Muchos relojes de cuarzo económicos utilizan una técnica de compensación y calibración conocida como compensación por inhibición . ^{[ 1 ]} El cristal se fabrica deliberadamente para que gire un poco más rápido. Tras su 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 omita un pequeño número 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 cada 30 días para intervalos de 10 segundos (en una ventana de medición de 10 segundos) o ajustes programados en incrementos de 1,32 segundos cada 30 días para intervalos de 60 segundos (en una ventana de medición de 60 segundos). La ventaja de este método es que usar la 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 anterior de ajustar 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.

Corrección de señal de tiempo externa

Si un movimiento de cuarzo se "califica" diariamente midiendo sus características de precisión con respecto a una señal horaria de radio o satélite , para determinar cuánto tiempo ganó o perdió entre recepciones de la señal horaria, y se realizan ajustes en el circuito para "regular" la precisión, entonces la hora corregida será precisa dentro de ±1 segundo por año. Esto es más que suficiente para realizar la determinación de la longitud mediante navegación celeste . Con el tiempo, estos movimientos de cuarzo se vuelven menos precisos cuando no se ha recibido una señal horaria externa y se ha procesado internamente para ajustar o sincronizar su tiempo automáticamente, y sin dicha compensación externa, generalmente recurren a la precisión horaria autónoma. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos (NIST) ha publicado directrices que recomiendan que estos movimientos mantengan el tiempo entre sincronizaciones dentro de ±0,5 segundos para mantener la hora correcta cuando se redondea al segundo más cercano. ^{[ 23 ]} Algunos de estos movimientos pueden mantener el tiempo entre sincronizaciones dentro de ±0,2 segundos al sincronizarse más de una vez a lo largo del día. ^{[ 24 ]}

Los cristales de cuarzo para relojes se fabrican en un entorno ultra limpio 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 variar 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 envejecimiento acaba disminuyendo la frecuencia de un cristal, pero también puede aumentarla. ^{[ 25 ]}

Los factores que pueden causar una pequeña deriva de frecuencia con el tiempo son el alivio de tensiones en la estructura de montaje, la pérdida del sellado hermético, la contaminación de la red cristalina , la absorción de humedad, cambios en o sobre el cristal de cuarzo, efectos de golpes y vibraciones severas y la exposición a temperaturas muy altas. ^{[ 26 ]} 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 durante el primer año de la 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 los movimientos del reloj. Para promover un envejecimiento acelerado, los cristales se exponen a altas temperaturas. ^{[ 27 ]} Si un cristal está 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 con el tiempo. La calibración inicial de un movimiento se mantendrá precisa durante más tiempo si los cristales están pre-envejecidos. La ventaja terminaría después de una regulación posterior que restablece 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 se envejecen 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. ^{[ 28 ]}

Los cronómetros de cuarzo diseñados como patrones de tiempo suelen incluir un horno de cristal para mantenerlo a una temperatura constante. Algunos se autocalibran e incluyen "granjas de cristal" para que el reloj pueda calcular el promedio de varias mediciones de tiempo.

Los motores paso a paso tipo Lavet utilizados en los mecanismos de relojes de cuarzo analógicos, que a su vez son accionados por un campo magnético (generado por la bobina), pueden verse afectados por fuentes de magnetismo externas (cercanas), lo que puede impactar la salida del piñón del rotor . Como resultado, la salida mecánica de los mecanismos de relojes de cuarzo analógicos puede detenerse, avanzar o retroceder temporalmente y afectar negativamente la precisión horaria. Dado que la intensidad de un campo magnético casi siempre disminuye con la distancia, alejar un mecanismo de reloj de cuarzo analógico de una fuente magnética externa que interfiera normalmente resulta en la reanudación de la salida mecánica correcta. Algunos comprobadores de relojes de pulsera de cuarzo cuentan con una función de campo magnético para comprobar si el motor paso a paso puede proporcionar salida mecánica y permiten que el tren de engranajes y las manecillas giren deliberadamente a una velocidad excesiva para eliminar pequeñas obstrucciones. En general, el magnetismo presente en la vida cotidiana no tiene efecto en los mecanismos de relojes de cuarzo digitales, ya que estos mecanismos no contienen motores paso a paso. ^{[ 29 ]} Fuentes de magnetismo potentes, como los imanes de resonancia magnética, pueden dañar los mecanismos de relojes de cuarzo. ^{[ 30 ]}

Primeros relojes de cuarzo para consumidores

Primer reloj de cuarzo europeo para el consumidor "Astrochron", Junghans , Schramberg, 1967.

Primer movimiento de reloj de pulsera de cuarzo, calibre 35A, Seiko, Japón, 1969.

Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo fueron descubiertas por Jacques Curie y Pierre Curie en 1880. El oscilador de tubo de vacío fue inventado en 1912. ^{[ 31 ]} Un oscilador eléctrico fue utilizado por primera vez para sostener el movimiento de un diapasón por el físico británico William Eccles en 1919; ^{[ 32 ]} su logro eliminó gran parte de la amortiguación asociada con los dispositivos mecánicos y maximizó la estabilidad de la frecuencia de vibración. ^{[ 32 ]} 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 . ^{[ 33 ] [ a ] ​​[ 35 ] [ 36 ]} El reloj de 1927 utilizaba un bloque de cristal, estimulado por electricidad, para producir pulsos a una frecuencia de 50 000 ciclos por segundo. ^{[ 37 ]} Un generador de frecuencia controlada submúltiple dividía este pulso en un pulso regular y utilizable que accionaba un motor síncrono . ^{[ 37 ]}

Las siguientes tres décadas vieron el desarrollo de relojes de cuarzo como estándares de tiempo de precisión 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. ^{[ 38 ]} En Japón en 1932, Issac Koga desarrolló un corte de cristal que proporcionó una frecuencia de oscilación con una dependencia de temperatura muy reducida. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} 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 hizo la transición a relojes atómicos , ^{[ 42 ]} que se basan en el mismo mecanismo que el Sistema Internacional de Unidades (SI) utiliza para definir el segundo. En 1953, Longines implementó el primer movimiento de cuarzo. ^{[ 43 ]} El uso más extendido de la tecnología de relojes de cuarzo tuvo que esperar al desarrollo de la lógica digital de semiconductores baratos en la década de 1960. La edición revisada de 1929 de la 14.ª edición de la Encyclopædia Britannica afirmaba que los relojes de cuarzo probablemente nunca serían lo suficientemente asequibles como para ser utilizados en el hogar.

Su estabilidad física y química inherente y su precisión han dado lugar a su posterior proliferación, y desde la década de 1940 han constituido la base de las mediciones de precisión de tiempo y frecuencia en todo el mundo. ^{[ 44 ]}

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. ^{[ 45 ]} En 1966, Seiko y Longines presentaron prototipos del primer reloj de bolsillo de cuarzo del mundo en el concurso de 1966 del Observatorio de Neuchâtel. ^{[ 46 ]} En 1967, tanto el CEH como Seiko presentaron prototipos de relojes de pulsera de cuarzo al concurso del Observatorio de Neuchâtel. ^{[ 45 ] [ 47 ]} Los primeros prototipos de relojes de pulsera de cuarzo analógicos del mundo se revelaron en 1967: el Beta 1 revelado por el Centre Electronique Horloger (CEH) en Neuchâtel, Suiza, ^{[ 48 ] [ 49 ]} y el prototipo del Astron revelado por Seiko en Japón (Seiko había estado trabajando en relojes de cuarzo desde 1958). ^{[ 48 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 50 ]} El primer reloj de cuarzo suizo, el Ebauches SA Beta 21, llegó a la Feria de Basilea de 1970. ^{[ 46 ] [ 51 ]} En diciembre de 1969, Seiko produjo el primer reloj de pulsera de cuarzo comercial del mundo, el Seiko Quartz-Astron 35SQ ^{[ 52 ] [ 53 ]} que ahora es honrado con el IEEE Milestone . ^{[ 54 ] [ 55 ]} El Astron tenía un oscilador de cuarzo con una frecuencia de 8192 Hz y 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 electroquartz. Estos primeros relojes de cuarzo eran bastante caros y se comercializaban como relojes de lujo. La precisión inherente y el posterior bajo costo de producción 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 que desde entonces se ha convertido en la frecuencia de oscilación utilizada por la mayoría de los relojes de cuarzo. ^{[ 56 ] [ 57 ]} La introducción durante la década de 1970 de circuitos integrados de metal-óxido-semiconductor (MOS) permitió una duración de batería de 12 meses con una sola pila de botón cuando se accionaba un motor paso a paso mecánico tipo Lavet , un motor de barrido suave sin pasos 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 la adopción en el mercado masivo. En entornos de laboratorio, los relojes atómicos habían reemplazado a los relojes de cuarzo como base para mediciones de precisión de tiempo y frecuencia, dando como resultado el Tiempo Atómico Internacional .

En la década de 1980, la tecnología de cuarzo se había impuesto en aplicaciones como temporizadores de cocina , relojes despertadores , cerraduras de seguridad para cajas fuertes bancarias y espoletas de tiempo en municiones, en detrimento de los movimientos mecánicos de volante anteriores , una revolución conocida en la relojería como la crisis del cuarzo .

Los relojes de cuarzo han dominado el mercado de relojes de pulsera y de pared desde la década de 1980. Gracias al alto factor Q y al bajo coeficiente de temperatura del cristal de cuarzo, son más precisos que los mejores relojes mecánicos. Además, la eliminación de todas las piezas móviles y su sensibilidad significativamente menor a las perturbaciones externas, como el magnetismo y los golpes, los hace más robustos y elimina la necesidad de mantenimiento periódico.

Las unidades de cristal estándar para relojes o relojes en tiempo real (RTC) se han convertido en artículos baratos producidos en masa en el mercado de componentes electrónicos. ^{[ 58 ]}

Desde la década de 1980, existen radiorelojes que utilizan señales de radio para su sincronización. Estos relojes cambian automáticamente de la hora estándar al horario de verano. Dado que estas señales de radio se transmiten, en la mayoría de los casos, en la banda de onda larga, estos dispositivos también pueden funcionar en lugares con mala recepción de radio.

Con la proliferación de Internet , los dispositivos de cronometraje de consumo (por ejemplo, teléfonos inteligentes y relojes inteligentes ) ahora pueden sincronizar automáticamente sus relojes internos mediante protocolos automatizados (por ejemplo, el protocolo de tiempo de red ) con servidores de reloj atómico.

• cuarzo automático
• Frecuencias de osciladores de cristal
• Reloj con energía solar
• Reloj eléctrico
• Crisis del cuarzo
• Motor paso a paso tipo Lavat
• oscilador Pierce

• Cook A (2001). "El tiempo y la Royal Society". Notas y registros de la Royal Society de Londres . 55 (1): 9– 27. doi : 10.1098/rsnr.2001.0123 . S2CID 120948178 . 
• Marrison WA (1948). "La evolución del reloj de cristal de cuarzo" . Bell System Technical Journal . 27 (3): 510– 588. Bibcode : 1948BSTJ...27..510M . doi : 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x . Archivado del original el 13 de mayo de 2007.

• Artículo de TimeZone.com sobre el desarrollo de los relojes de cuarzo.
• Explica esas cosas: Cómo funcionan los relojes de cuarzo
• Relojes modernos de cuarzo "analógicos" con animaciones.
• Douglas Dwyer. Cómo funcionan los relojes de cuarzo en HowStuffWorks 
• Introducción a la relojería - Preguntas frecuentes sobre el cuarzo. Archivado el 3 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
• Breve introducción a los cristales de cuarzo con corte AT. Archivado el 4 de marzo de 2016 en la Wayback Machine.
• Introducción a los estándares de frecuencia de cuarzo por John R. Vig. Archivado el 10 de julio de 2021 en Wayback Machine.