基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于原子頻標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，一臺頻標(biāo)長時間連續(xù)工作時，其輸出頻率值隨著時間推移會緩慢地 變化，甚至?xí)畏较蜃兓τ谠宇l標(biāo)而言稱為單位時間內(nèi)的漂移量稱為漂移率，或老化 率。頻率漂移率是頻標(biāo)的一項重要指標(biāo)，它表示一臺頻標(biāo)在連續(xù)工作一段時間后，開始工作 時頻率準(zhǔn)確度的能力。雖然從目前的本領(lǐng)域的科研探討方面看，有許多減小漂移的方法，但 是對于固定的一臺頻標(biāo)而言，長期工作后仍然會有漂移現(xiàn)象，對于多臺頻標(biāo)而言，由于不同 的物理系統(tǒng)、不同的電路結(jié)構(gòu)或者是電路性能，所W很難用同一方法對漂移進(jìn)行修正，而是 需要針對某一臺具體的物理系統(tǒng)和電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來采取不同的方法來修正。鑒于此，如 何提出一種智能化的鋼頻標(biāo)漂移自檢修復(fù)方法，使其通過外圍檢測環(huán)節(jié)探測頻標(biāo)自身的漂 移量，在不影響整機(jī)短期頻率穩(wěn)定度指標(biāo)的前提下，修正整機(jī)漂移，是本實(shí)用新型繼續(xù)解決 的技術(shù)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型提供一種基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)，解決了或部分解決了現(xiàn)有技術(shù)中 的上述技術(shù)問題。
[0004] 依據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供了一種基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)，包括:鋼原子 頻標(biāo)物理系統(tǒng);隔離放大器，所述隔離放大器與所述鋼原子頻標(biāo)物理系統(tǒng)連接;穩(wěn)定度測試 儀，所述穩(wěn)定度測試儀與所述隔離放大器連接，且所述穩(wěn)定度測試儀接收高穩(wěn)時鐘信號;微 處理器，所述微處理器與所述穩(wěn)定度測試儀連接;D/A轉(zhuǎn)換器，所述D/A轉(zhuǎn)換器與所述微處 理器連接，磁場恒流源驅(qū)動模塊，所述磁場恒流源驅(qū)動模塊分別與所述D/A轉(zhuǎn)換器和所述鋼 原子頻標(biāo)物理系統(tǒng)連接。
[0005] 可選的，所述磁場恒流源驅(qū)動模塊包括:恒流源調(diào)整器;磁場線圈，所述磁場線圈 與采樣電阻連接，W輸出采樣電壓;運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器與所述磁場線圈連接，W 接收所述采樣電壓并放大;差分放大器，所述差分放大器分別與所述運(yùn)算放大器、所述恒流 源調(diào)整器和所述微處理器連接。
[0006] 可選的，所述采樣電阻是由儘銅材料制作而成。
[0007] 可選的，所述差分放大器是選用精密運(yùn)放化07;和/或，所述運(yùn)算放大器是選用低 噪聲運(yùn)放AD797。
[000引有益效果：
[0009]本實(shí)用新型提供的一種基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)，通過隔離放大器與鋼原子頻標(biāo) 物理系統(tǒng)連接;穩(wěn)定度測試儀與隔離放大器連接，且所述穩(wěn)定度測試儀接收高穩(wěn)時鐘信號； 微處理器與穩(wěn)定度測試儀連接;D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，磁場恒流源驅(qū)動模塊分別與D/ A轉(zhuǎn)換器和鋼原子頻標(biāo)物理系統(tǒng)連接。實(shí)現(xiàn)了通過外圍檢測環(huán)節(jié)探測頻標(biāo)自身的漂移量，在 不影響整機(jī)短期頻率穩(wěn)定度指標(biāo)的前提下，修正整機(jī)漂移，具有操作簡單、適用性廣的特 點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的 一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)運(yùn) 些附圖獲得其他的附圖。
[0011] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)中，磁場恒流源驅(qū)動模 塊的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0013] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的鋼頻標(biāo)漂移自檢修復(fù)的方法的整體流程示意圖；
[0014] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的鋼頻標(biāo)漂移自檢修復(fù)的裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0015] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)中，由螺旋管電流的方 式制備磁場的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)中，磁場恒流源驅(qū)動模 塊的內(nèi)部電路原理圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬 于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍；其中本實(shí)施中所設(shè)及的"和/或"關(guān)鍵詞，表示和、或兩種情況，換 句話說，本實(shí)用新型實(shí)施例所提及的A和/或B，表示了 A和B、A或B兩種情況，描述了 A與B所存 在的=種狀態(tài)，如A和/或B，表示：只包括A不包括B;只包括B不包括A;包括A與B。
[001引同時，本實(shí)用新型實(shí)施例中，當(dāng)組件被稱為"固定于"另一個組件，它可W直接在另 一個組件上或者也可W存在居中組件。當(dāng)一個組件被認(rèn)為是"連接"另一個組件，它可W是 直接連接到另一個組件或者可能同時存在居中組件。當(dāng)一個組件被認(rèn)為是"設(shè)置于"另一個 組件，它可W是直接設(shè)置在另一個組件上或者可能同時存在居中組件。本實(shí)用新型實(shí)施例 中所使用的術(shù)語"垂直的"、"水平的"、"左"、"右"W及類似的表述只是為了說明目的，并不 是旨在限制本實(shí)用新型。
[0019] 參見圖1-2,本實(shí)用新型的一個實(shí)施例提出了一種基于螺旋管的磁感應(yīng)系統(tǒng)，包 括:鋼原子頻標(biāo)物理系統(tǒng)101;隔離放大器102,所述隔離放大器102與所述鋼原子頻標(biāo)物理 系統(tǒng)101連接;穩(wěn)定度測試儀103,所述穩(wěn)定度測試儀103與所述隔離放大器102連接，且所述 穩(wěn)定度測試儀103接收高穩(wěn)時鐘信號;微處理器104,所述微處理器104與所述穩(wěn)定度測試儀 103連接;D/A轉(zhuǎn)換器105,所述D/A轉(zhuǎn)換器105與所述微處理器104連接，磁場恒流源驅(qū)動模塊 106,所述磁場恒流源驅(qū)動模塊106分別與所述D/A轉(zhuǎn)換器105和所述鋼原子頻標(biāo)物理系統(tǒng) 101連接。
[0020] 具體而言，鋼原子頻標(biāo)物理系統(tǒng)101輸出信號(整機(jī)頻率)經(jīng)隔離放大器102后，一 路用作輸出用，另一路送至頻率漂移、穩(wěn)定度測試儀103中，與高穩(wěn)時鐘信號做對比，得出原 始頻差A(yù) f，假如鋼頻標(biāo)的輸出頻率值不變的話，即不存在頻率漂移因素，則A f就為定值， 一旦存在漂移則A f發(fā)生變化，運(yùn)也就是在本實(shí)用新型實(shí)施例中所謂的頻率穩(wěn)定度及漂移 測試的依據(jù)。值得一提的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中頻標(biāo)的漂移量W日為單位，頻率漂移、穩(wěn) 定度測試儀103W日為單位將鋼原子頻率的漂移量通過RS232口傳遞給微控制器104。
[0021] 需要說明的是，集成泡中的鋼原子的基態(tài)超精細(xì)0-0躍遷頻率即是鋼原子頻標(biāo)的 鑒頻參考頻率fo。集成濾光共振泡內(nèi)的鋼原子運(yùn)動方向是雜亂無章的，加上一個固定電流 大小及方向的磁場（即C場），能夠很好的起到"原子分裂"及"量子化軸"的作用。對于 87Rb原 子非0-0躍遷而言，其頻率對磁場H較為敏感，而對于0-0躍遷而言，其頻率時僅與H的二次 方成正比，與H的一次方無關(guān)，對外界磁場較不敏感，即：f = f〇巧74.14H2,此公式在本實(shí)用新 型實(shí)施例中可作為式1。式1中fo為外界磁場為零時的頻率，f是外界磁場為H時的共振頻率。 式1中H(磁場)的單位為"高斯"，f (共振頻率)的單位為"赫茲"。在式1中對H進(jìn)行求導(dǎo)得壯= 1148.28HdH，此公式在本實(shí)用新型實(shí)施例中可作為式2。式2兩邊除W原子共振中屯、頻率fo， 對于鋼原子頻標(biāo)而言，本實(shí)用新型實(shí)施例取f0 = 6834.6875M化，則有壯處0 = 1.68 X 10-7HdH，此公式在本實(shí)用新型實(shí)施例中可作為式3,式3左邊代表原子頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度，而右 邊反映了腔泡系統(tǒng)中總磁場大小的變化。同時，本實(shí)用新型實(shí)施例中，在被動型鋼原子頻標(biāo) 中，系統(tǒng)所需C場的制法采用螺旋管電流方式，可如圖5所示。根據(jù)右手螺旋定則，電流產(chǎn)生 的磁場方向可W方便地給出。其大小可用下列公式計算：
此公式在本實(shí)用新型實(shí)施例中可作為式4。其中，n為線圈單位長度應(yīng)數(shù)，I為通電電流，^ 為一常數(shù)值10-7。通電螺線管軸線上離中屯、點(diǎn)X處點(diǎn)A，

對于線圈單位長度應(yīng)數(shù)n，假設(shè)實(shí)際C場繞線的圈數(shù)為m，繞線的 半徑為r，則相應(yīng)的n計算公式為：
此公式在本實(shí)用新型實(shí)施例中 可作為式5。采用國際單位制，式4及5中各參數(shù)的單位如下:磁感應(yīng)強(qiáng)度化）：特斯拉、電流強(qiáng) 度（I):安培、長度單位化、Rl、x):米。需要指出的是，式1中所提及的磁感應(yīng)強(qiáng)度H，用"高斯" 作單位，轉(zhuǎn)換關(guān)系是:1特斯拉= 104高斯。
[0022] 最后，根據(jù)公式3和4就可W得出相應(yīng)的"漂移量df-C場電流量r的對應(yīng)關(guān)系，其 中漂移量通過頻率漂移、穩(wěn)定度測試儀103測量得到，通過串行通訊方式傳遞給微處理器 104;而C場電流量I通過A/D轉(zhuǎn)換器采集采樣電阻上的電壓量來反映給微處理器104,運(yùn)樣在 微處理器104內(nèi)部就可W建立一個"漂移量壯一C場電流量r參照量表。微控制器104根據(jù)事 先存儲的"漂移量df-C場電流量r參照量，選擇相應(yīng)的D/A電壓控制量數(shù)字式設(shè)定值經(jīng)D/A 模塊后送至磁場恒流源驅(qū)動模塊106中。需要注意的是，此時微控制器104每一次輸出的修 正量要遠(yuǎn)小于頻率漂移、穩(wěn)定度測試儀103檢測出的鋼原子頻率漂移量，因為過大的修正極 有可能造成鋼頻標(biāo)輸出頻率的跳變，從而影響整機(jī)的短期頻率穩(wěn)定度指標(biāo)。舉個例子:對于 一臺高精穩(wěn)的鋼原子頻標(biāo)而言，假定它的日穩(wěn)定度及日漂移為1E-14量級，那么每次的修 正量應(yīng)該遠(yuǎn)小于化一14,可W選擇祀一15進(jìn)行修正。
[0023] 在本實(shí)用新型實(shí)施例中，對于磁場恒流源驅(qū)動模塊106而言，請繼續(xù)參見圖2所示， 所述磁場恒流源驅(qū)動模塊106至少包括:恒流源調(diào)整器1065;磁場線圈1062，所述磁場線圈 1062與采樣電阻1061連接，W輸出采樣電壓;運(yùn)算放大器1063,所述運(yùn)算放大