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      一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:6301354閱讀:204來源:國知局
      一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng)的制作方法
      【專利摘要】本實用新型涉及一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),具體涉及一種用于原子磁力儀系統(tǒng)中利用激光加熱原子氣室的無磁加熱溫度控制系統(tǒng)。本實用新型包括激光器、1×4光分路器、原子加熱室和溫度控制器,其特征在于:所述的激光器和1×4光分路器通過尾纖連接;1×4光分路器和原子加熱室通過尾纖連接;溫度控制器和激光器通過單芯屏蔽信號線連接。本實用新型激光器、溫度控制器等能夠產(chǎn)生干擾磁場的電氣部分與原子加熱室存在足夠的跨度,避免了對原子氣室工作區(qū)域產(chǎn)生磁場干擾;采用激光加熱方式加熱,同樣避免引入磁噪聲的影響,而且加熱速度快;使用三線制的無磁鉑電阻作為溫度傳感器,保證了測量溫度的準(zhǔn)確度,同時也避免了磁噪聲的干擾。
      【專利說明】一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng)
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本實用新型涉及一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),具體涉及一種用于原子磁力儀系統(tǒng)中利用激光加熱原子氣室的無磁加熱溫度控制系統(tǒng)。
      【背景技術(shù)】
      [0002]原子氣室溫度控制系統(tǒng)是原子磁力儀的重要組成部分,在原子磁力儀系統(tǒng)中通常需要對原子氣室進(jìn)行加熱,加熱的主要目的是提高原子數(shù)密度進(jìn)而提高原子磁力儀系統(tǒng)的靈敏度。
      [0003]目前幾種主要的加熱方式為:電加熱(包括交流電加熱和間斷電加熱),熱氣流加熱和光加熱。交流電加熱會引進(jìn)磁噪聲,間斷電加熱溫度穩(wěn)定性差且會產(chǎn)生溫度梯度,熱氣流加熱速度慢、氣流波動會影響光路且系統(tǒng)較復(fù)雜,這三種方法或嚴(yán)重影響原子磁力儀系統(tǒng)的靈敏度,或增加了整套設(shè)備的復(fù)雜程度。
      實用新型內(nèi)容
      [0004]本實用新型的目的是提供一種用于在原子磁力儀系統(tǒng)中實現(xiàn)對原子氣室的恒溫加熱,溫度穩(wěn)定性高,還避免了磁噪聲的引入,保證了原子磁力儀系統(tǒng)的靈敏度的利用激光加熱原子氣室的無磁加熱溫度控制系統(tǒng)。
      [0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
      [0006]無磁加熱溫度控制系統(tǒng),包括激光器、1X4光分路器、原子加熱室和溫度控制器,所述的激光器和1X4光分路器通過尾纖連接;1X4光分路器和原子加熱室通過尾纖連接;溫度控制器和激光器通過單芯屏蔽信號線連接。
      [0007]激光器為半導(dǎo)體激光器,波長為850nm,最大光功率為3W,并帶有尾纖輸出,最大出纖光功率為21
      [0008]1X4光分路器的分光比為25:25:25:25,即尾纖中的四束輸出光光功率相等。
      [0009]尾纖的纖徑均為105 μ m。
      [0010]原子加熱室為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長度為50mm,原子加熱室由無磁材料碳化娃制作成,最大剩磁< 5pT。
      [0011]原子加熱室置于保溫層的中心位置,保溫層為長方體軸向空心通透結(jié)構(gòu),由聚苯乙烯泡沫塑料制作成。
      [0012]原子氣室為圓柱體,置于原子加熱室的中心位置,保溫層、原子加熱室和原子氣室的中心點均位于同一條直線上。
      [0013]尾纖穿過保溫層和原子加熱室,固定在原子加熱室側(cè)壁的中間位置,四條尾纖相鄰成90°環(huán)繞原子氣室。
      [0014]原子加熱室采用三線制的無磁鉬電阻作為無磁溫度傳感器,置于原子氣室的正下方,無磁鉬電阻通過高溫點焊的方式焊接,最大剩磁< 5ρΤ。
      [0015]溫度控制器采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID控制激光器的輸出功率,從而達(dá)到控制原子氣室溫度的目的,其溫度精度達(dá)到0.5°C。
      [0016]本實用新型的有益效果是:原子加熱室采用耐高溫?zé)o磁材料碳化硅制成,自身不產(chǎn)生干擾磁場,最大剩磁優(yōu)于5pT ;激光器、溫度控制器等能夠產(chǎn)生干擾磁場的電氣部分與原子加熱室存在足夠的跨度,避免了對原子氣室工作區(qū)域產(chǎn)生磁場干擾;采用激光加熱方式加熱,同樣避免引入磁噪聲的影響,而且加熱速度快;采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID作為溫度控制器控制加熱溫度,溫度穩(wěn)定性好;使用三線制的無磁鉬電阻作為溫度傳感器,保證了測量溫度的準(zhǔn)確度,同時也避免了磁噪聲的干擾。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0017]圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
      【具體實施方式】
      [0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步描述。
      [0019]一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),包括激光器1、I X 4光分路器3、原子加熱室6和溫度控制器8。激光器I為半導(dǎo)體激光器,波長為850nm,最大光功率為3W,并帶有尾纖2輸出,最大出纖光功率為2W。激光器I發(fā)出的主光束激光通過尾纖2進(jìn)入I X4光分路器3,I X4光分路器3的分光比為25:25:25:25,即尾纖4中的四束次光束激光光功率相等。尾纖4穿過保溫層5和原子加熱室6,固定在原子加熱室6側(cè)壁的中間位置,四條尾纖相鄰成90°環(huán)繞原子氣室10進(jìn)行加熱,保證有效工作區(qū)域內(nèi)溫度梯度最小。原子加熱室6為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長度為50mm,由無磁材料碳化娃制作成。原子加熱室6置于保溫層5的中心位置,保溫層5為長方體軸向空心通透結(jié)構(gòu),由熱導(dǎo)系數(shù)低的聚苯乙烯泡沫塑料制作成。原子氣室10為圓柱體,并置于原子加熱室6的中心位置。保溫層
      5、原子加熱室6和原子氣室10的中心點均位于同一條直線上。原子加熱室6中采用無磁鉬電阻11作為無磁溫度傳感器,置于原子氣室10的正下方。無磁鉬電阻11通過高溫點焊的方式焊接,最大剩磁優(yōu)于5pT。溫度控制器8通過導(dǎo)線7接收無磁鉬電阻11采集到的溫度并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID通過單芯屏蔽信號線9調(diào)節(jié)激光器I的輸出功率,從而達(dá)到控制原子氣室10溫度的目的,其控溫精度達(dá)到0.5°C。
      [0020]如圖1所示,無磁加熱溫度控制系統(tǒng)。包括激光器1、1X4光分路器3、原子加熱室6和溫度控制器8。激光器I為半導(dǎo)體激光器,波長為850nm,最大光功率為3W,并帶有尾纖2輸出,最大出纖光功率為2W。激光器I發(fā)出的主光束激光通過尾纖2進(jìn)入1X4光分路器3,1X4光分路器3的分光比為25:25:25:25,即尾纖4中的四束次光束激光光功率相等。尾纖4穿過保溫層5和原子加熱室6,固定在原子加熱室6側(cè)壁的中間位置,四條尾纖相鄰成90°環(huán)繞原子氣室10進(jìn)行加熱,保證有效工作區(qū)域內(nèi)溫度梯度最小。原子加熱室6中采用無磁鉬電阻11作為無磁溫度傳感器,置于原子氣室10的正下方,實時采集原子氣室10的溫度。溫度控制器8通過導(dǎo)線7接收無磁鉬電阻11采集到的溫度并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID通過單芯屏蔽信號線9調(diào)節(jié)激光器I的輸出功率,從而達(dá)到控制原子氣室10溫度的目的,其控溫精度達(dá)到0.5°C。此時形成了閉環(huán)溫控系統(tǒng)。
      [0021]由于原子氣室10需要工作在無磁環(huán)境中,因此采用無磁材料碳化硅制作原子加熱室6,最大剩磁優(yōu)于5pT。這種材料具有耐高溫、導(dǎo)熱性能良好、耐腐蝕等特性,同時還具有一定的機械強度,更易于加工。原子加熱室6為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長度為50mm。原子氣室10同為圓柱體,并置于原子加熱室6的中心位置。最后,為達(dá)到更好的保溫性能,在原子加熱室6外層加上保溫層5。保溫層5為長方體軸向空心通透結(jié)構(gòu),由熱導(dǎo)系數(shù)低的聚苯乙烯泡沫塑料制作成,保證了原子加熱室6內(nèi)部整體溫度具有良好的均勻性。保溫層5、原子加熱室6和原子氣室10的中心點均位于同一條直線上。
      [0022]為監(jiān)測原子氣室10的溫度,又不引入磁噪聲,采用三線制的無磁鉬電阻11作為無磁溫度傳感器。無磁鉬電阻11的探頭為純鉬制成,導(dǎo)線為純銅,二者均為非鐵磁性物質(zhì)。通過高溫點焊的方式焊接,最大程度地減少傳感器的剩磁。實際應(yīng)用時,無磁鉬電阻11將當(dāng)前原子氣室10的實時溫度作為反饋信號傳遞給溫度控制器8顯示并調(diào)整激光器I的輸出功率。
      【權(quán)利要求】
      1.一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),包括激光器(1)、1X4光分路器(3)、原子加熱室(6)和溫度控制器(8),其特征在于:所述的激光器(I)和1X4光分路器(3)通過尾纖(2)連接;I X 4光分路器(3 )和原子加熱室(6 )通過尾纖(4)連接;溫度控制器(8 )和激光器(I)通過單芯屏蔽信號線(9)連接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的激光器(I)為半導(dǎo)體激光器,波長為850nm,最大光功率為3W,并帶有尾纖(2)輸出,最大出纖光功率為21
      3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的1X4光分路器(3)的分光比為25:25:25:25,即尾纖(4)中的四束輸出光光功率相等。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的尾纖(2)和尾纖(4)的纖徑均為105 μ m。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的原子加熱室(6)為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長度為50mm,原子加熱室(6)由無磁材料碳化娃制作成,最大剩磁< 5pT。
      6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的原子加熱室(6)置于保溫層(5)的中心位置,保溫層(5)為長方體軸向空心通透結(jié)構(gòu),由聚苯乙烯泡沫塑料制作成。
      7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:還包括原子氣室(10)為圓柱體,置于原子加熱室(6)的中心位置,保溫層(5)、原子加熱室(6)和原子氣室(10)的中心點均位于同一條直線上。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的尾纖(4)穿過保溫層(5)和原子加熱室(6),固定在原子加熱室(6)側(cè)壁的中間位置,四條尾纖相鄰成90。環(huán)繞原子氣室(10)。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的原子加熱室(6)采用三線制的無磁鉬電阻(11)作為無磁溫度傳感器,置于原子氣室(10)的正下方,無磁鉬電阻(11)通過高溫點焊的方式焊接,最大剩磁< 5ρΤ。
      10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種無磁加熱溫度控制系統(tǒng),其特征在于:所述的溫度控制器(8)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID控制激光器(I)的輸出功率,從而達(dá)到控制原子氣室(10)溫度的目的,其溫度精度達(dá)到0.5°C。
      【文檔編號】G05D23/24GK203643870SQ201320699034
      【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
      【發(fā)明者】黃宗軍, 黃強, 吳國龍 申請人:哈爾濱工程大學(xué)
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