本發(fā)明涉及溫度穩(wěn)定性控制技術(shù)，具體是一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，所述原子傳感器是基于serf效應(yīng)的原子傳感器(serf，spin?exchange?relaxationfree，無自旋交換弛豫)。

背景技術(shù)：

1、基于serf效應(yīng)的原子傳感器具有廣泛的應(yīng)用(serf，spin?exchange?relaxationfree，無自旋交換弛豫)，相比與傳統(tǒng)傳感器具有高精度，小體積，低成本等優(yōu)勢，已經(jīng)成為當(dāng)前重要發(fā)展方向之一?？捎糜诤娇蘸教?，水下勘探等領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。

2、原子傳感器核心敏感元件是堿金屬氣室，在傳感器工作時，需要將氣室中的堿金屬激發(fā)到serf態(tài)，最重要的兩個條件是高溫和極弱磁。其中高溫是保障氣室內(nèi)堿金屬原子密度的重要條件，溫度的穩(wěn)定性極大程度上影響了原子傳感器的整體穩(wěn)定性。而通過變化施加給加熱膜的電壓對溫度進(jìn)行控制又會影響到堿金屬氣室周圍的磁場，從而影響傳感器精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為提升原子傳感器氣室溫度穩(wěn)定性，降低加熱對磁場的影響，有助于提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提供一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，包括在內(nèi)置有氣室的無磁加熱烤箱的外表面貼附內(nèi)層無磁柔性加熱膜，在鐵氧體的外表面貼附外層無磁柔性加熱膜，所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜位于三軸主動磁補償線圈內(nèi)，所述三軸主動磁補償線圈位于所述鐵氧體內(nèi)，所述外層無磁柔性加熱膜位于3層坡莫合金磁屏蔽桶內(nèi)，所述氣室與所述無磁加熱烤箱之間設(shè)置第一溫度傳感器，所述三軸主動磁補償線圈與所述鐵氧體之間設(shè)置第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器分別連接溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)分別連接所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜和所述外層無磁柔性加熱膜,所述溫度控制系統(tǒng)使所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜和所述外層無磁柔性加熱膜相互配合，將所述無磁加熱烤箱加熱到工作狀態(tài)并穩(wěn)定控制在要求誤差內(nèi)。

4、所述溫度控制系統(tǒng)包括誤差比較器，所述誤差比較器將其第一輸入端接收的設(shè)定溫度與其第二輸入端接收的來自溫度傳感器的反饋溫度進(jìn)行比較，從其輸出端輸出反饋誤差信號到溫度控制模塊，所述溫度控制模塊將根據(jù)反饋誤差信號形成的控制信號傳輸給功率放大器，所述功率放大器與加熱膜相連，所述功率放大器中的第一功率放大器連接所述加熱膜中的內(nèi)層無磁柔性加熱膜，所述功率放大器中的第二功率放大器連接所述加熱膜中的外層無磁柔性加熱膜，通過加熱膜實現(xiàn)對氣室的雙層加熱，加熱的實時溫度值通過溫度傳感器形成反饋溫度值。

5、所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器均采用鉑電阻。

6、所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜通過功率放大器施加恒定電流達(dá)到加熱效果，以避免控制電壓改變引入的磁場波動。

7、所述溫度控制系統(tǒng)通過所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜將所述無磁加熱烤箱內(nèi)部加熱到180℃。

8、所述溫度控制系統(tǒng)通過所述外層無磁柔性加熱膜加熱，使得鐵氧體溫度穩(wěn)定在40℃。

9、所述溫度控制系統(tǒng)通過所述外層無磁柔性加熱膜加熱，使得所述鐵氧體溫度加熱到250℃，當(dāng)設(shè)定在250℃時，溫度高于所述鐵氧體的居里溫度，達(dá)到對所述鐵氧體熱消磁的效果，降低剩磁。

10、所述無磁加熱烤箱外部纏有氣凝膠和pmi隔熱材料，通光孔處加裝窗鏡，用于隔絕所述無磁加熱烤箱與外部的熱場交換，降低溫度波動。

11、所述三軸主動磁補償線圈連接信號發(fā)生器，通過信號發(fā)生器施加直流信號控制所述三軸主動磁場補償線圈產(chǎn)生磁場抵消桶內(nèi)剩磁。

12、本發(fā)明的技術(shù)效果如下：本發(fā)明一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，由內(nèi)外兩層加熱系統(tǒng)相互配合組成，其中內(nèi)層加熱系統(tǒng)置于烤箱上，采用固定的加熱功率將氣室加熱到180℃，避免因控制電壓變化引入的磁場干擾，外層加熱系統(tǒng)置于鐵氧體屏蔽桶外側(cè)，與內(nèi)層加熱系統(tǒng)配合使用，將鐵氧體溫度閉環(huán)穩(wěn)定控制在40℃。本發(fā)明所述方法可直接用于現(xiàn)有原子傳感器裝置上，無需對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅改動。本發(fā)明有效降低因加熱引入的磁場波動，增強(qiáng)了原子傳感器系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性，提高整體的測量精度和長期穩(wěn)定性。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

14、(1)本發(fā)明提出的一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，能夠增強(qiáng)原子傳感器系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性，同時避免了內(nèi)層加熱系統(tǒng)因控制電壓改變引入的磁場波動。

15、(2)本發(fā)明提出的一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其中外層加熱系統(tǒng)也可以將鐵氧體溫度加熱到250℃，當(dāng)設(shè)定在250℃時，溫度高于鐵氧體的居里溫度，可以達(dá)到對鐵氧體熱消磁的效果，降低了鐵氧體的剩磁。

技術(shù)特征：

1.一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，包括在內(nèi)置有氣室的無磁加熱烤箱的外表面貼附內(nèi)層無磁柔性加熱膜，在鐵氧體的外表面貼附外層無磁柔性加熱膜，所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜位于三軸主動磁補償線圈內(nèi)，所述三軸主動磁補償線圈位于所述鐵氧體內(nèi)，所述外層無磁柔性加熱膜位于3層坡莫合金磁屏蔽桶內(nèi)，所述氣室與所述無磁加熱烤箱之間設(shè)置第一溫度傳感器，所述三軸主動磁補償線圈與所述鐵氧體之間設(shè)置第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器分別連接溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)分別連接所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜和所述外層無磁柔性加熱膜,所述溫度控制系統(tǒng)使所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜和所述外層無磁柔性加熱膜相互配合，將所述無磁加熱烤箱加熱到工作狀態(tài)并穩(wěn)定控制在要求誤差內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)包括誤差比較器，所述誤差比較器將其第一輸入端接收的設(shè)定溫度與其第二輸入端接收的來自溫度傳感器的反饋溫度進(jìn)行比較，從其輸出端輸出反饋誤差信號到溫度控制模塊，所述溫度控制模塊將根據(jù)反饋誤差信號形成的控制信號傳輸給功率放大器，所述功率放大器與加熱膜相連，所述功率放大器中的第一功率放大器連接所述加熱膜中的內(nèi)層無磁柔性加熱膜，所述功率放大器中的第二功率放大器連接所述加熱膜中的外層無磁柔性加熱膜，通過加熱膜實現(xiàn)對氣室的雙層加熱，加熱的實時溫度值通過溫度傳感器形成反饋溫度值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器均采用鉑電阻。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜通過功率放大器施加恒定電流達(dá)到加熱效果，以避免控制電壓改變引入的磁場波動。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)通過所述內(nèi)層無磁柔性加熱膜將所述無磁加熱烤箱內(nèi)部加熱到180℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)通過所述外層無磁柔性加熱膜加熱，使得鐵氧體溫度穩(wěn)定在40℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)通過所述外層無磁柔性加熱膜加熱，使得所述鐵氧體溫度加熱到250℃，當(dāng)設(shè)定在250℃時，溫度高于所述鐵氧體的居里溫度，達(dá)到對所述鐵氧體熱消磁的效果，降低剩磁。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述無磁加熱烤箱外部纏有氣凝膠和pmi隔熱材料，通光孔處加裝窗鏡，用于隔絕所述無磁加熱烤箱與外部的熱場交換，降低溫度波動。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，其特征在于，所述三軸主動磁補償線圈連接信號發(fā)生器，通過信號發(fā)生器施加直流信號控制所述三軸主動磁場補償線圈產(chǎn)生磁場抵消桶內(nèi)剩磁。

技術(shù)總結(jié)
一種基于外控內(nèi)隔的原子傳感器雙層加熱方法，由內(nèi)外兩層加熱系統(tǒng)相互配合組成，其中內(nèi)層加熱系統(tǒng)置于烤箱上，采用固定的加熱功率將氣室加熱到180℃，避免因控制電壓變化引入的磁場干擾，外層加熱系統(tǒng)置于鐵氧體屏蔽桶外側(cè)，與內(nèi)層加熱系統(tǒng)配合使用，將鐵氧體溫度閉環(huán)穩(wěn)定控制在40℃。本發(fā)明所述方法可直接用于現(xiàn)有原子傳感器裝置上，無需對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅改動。本發(fā)明有效降低因加熱引入的磁場波動，增強(qiáng)了原子傳感器系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性，提高整體的測量精度和長期穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：龐昊穎,李佳航,韓雪,全偉,王卓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9