原子頻標(biāo)伺服控制方法及原子頻標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，特別涉及一種原子頻標(biāo)伺服控制方法及原子頻標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]為獲得大自然中比較穩(wěn)定的時(shí)間頻率，人們通過對(duì)銣、銫、氫等原子施加弱磁場(chǎng)，使其原子能級(jí)由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，利用不受外界磁場(chǎng)干擾的基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍迀中心頻率作為參照時(shí)間頻率值。
[0003]在原子頻標(biāo)中，壓控晶振輸出的探測(cè)信號(hào)經(jīng)過綜合模塊處理得到微波探詢信號(hào)，微波探詢信號(hào)包括fl、f2兩個(gè)邊帶;物理系統(tǒng)對(duì)微波探詢信號(hào)進(jìn)行鑒頻，將會(huì)得到兩個(gè)鑒頻信號(hào)V1、V2，如果VI等于V2，說明fl、f2恰好處于原子譜線中心頻率fo左右兩側(cè)且正好對(duì)稱，此時(shí)微波探詢信號(hào)對(duì)準(zhǔn)了原子躍迀中心頻率;而當(dāng)VI不等于V2時(shí)，伺服模塊根據(jù)鑒頻信號(hào)產(chǎn)生糾偏電壓作用于壓控晶振，以調(diào)整壓控晶振的輸出頻率;通過上述結(jié)構(gòu)單元，最終將壓控晶振的輸出頻率鎖定在原子躍遷中;L.、頻率上。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]由于物理系統(tǒng)中微波腔中原子所加磁場(chǎng)可能受電子線路(壓控晶振、綜合模塊、伺服模塊等)影響，微波腔中各個(gè)部位的原子的共振頻率會(huì)有差別，而實(shí)際的原子譜線是各部分原子譜線的疊加，原子譜線形狀反映了微波腔中磁場(chǎng)分布的情況，在這種情況下，原子譜線由于施加磁場(chǎng)的不均勻、不對(duì)稱，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的原子譜線出現(xiàn)畸變，在原子譜線畸變的情況下，當(dāng)Π和f2處于fo的兩側(cè)時(shí)，檢測(cè)到的兩個(gè)電壓VI和V2是不相等的，也就是說，在現(xiàn)有技術(shù)中，認(rèn)為對(duì)準(zhǔn)原子躍迀中心頻率fo時(shí)，S卩V1=V2時(shí)，實(shí)際上并沒有真實(shí)地反映中心頻率值。因此，現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確的鎖定原子躍迀中心頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種原子頻標(biāo)伺服控制方法及原子頻標(biāo)。所述技術(shù)方案如下:
[0007]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種原子頻標(biāo)伺服控制方法，所述方法包括:
[0008]將未經(jīng)調(diào)制的探測(cè)信號(hào)作用于物理系統(tǒng)上，所述物理系統(tǒng)包括對(duì)稱設(shè)置在微波腔中的第一光電池和第二光電池；
[0009]通過掃頻技術(shù)擬合出與所述第一光電池對(duì)應(yīng)的第一原子譜線圖以及與所述第二光電池對(duì)應(yīng)的第二原子譜線圖；
[0010]將經(jīng)過調(diào)制的探測(cè)信號(hào)作用于所述物理系統(tǒng)上，通過同步鑒相技術(shù)分別得到與所述第一光電池對(duì)應(yīng)的第一誤差信號(hào)A W1以及與所述第二光電池對(duì)應(yīng)的第二誤差信號(hào)Δ W2;
[0011]在所述第一原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測(cè)信號(hào)兩個(gè)邊帶對(duì)應(yīng)的電壓值VII和V12，在所述第二原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測(cè)信號(hào)兩個(gè)邊帶對(duì)應(yīng)的電壓值V21和V22;
[0012]計(jì)算AVI 和 AV2，Δ VI =V11-V12-Δ ffl, Δ V2 = V21-V22-Δ ff2 ；
[0013]當(dāng)所述ΔVI和Δ V2的乘積為正時(shí)，對(duì)原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述Δ VI和Δ V2的乘積為負(fù)時(shí)，不對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述A VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI不為0時(shí)，對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述A VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI為0時(shí)，不對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏。
[0014]在本發(fā)明實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述通過掃頻技術(shù)擬合出與所述第一光電池對(duì)應(yīng)的第一原子譜線圖以及與所述第二光電池對(duì)應(yīng)的第二原子譜線圖，包括:
[0015]控制所述未經(jīng)調(diào)制的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行掃頻；
[0016]采集所述第一光電池輸出的鑒頻信號(hào)的第一電壓以及與所述第一電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出所述第一原子譜線圖；采集所述第二光電池輸出的鑒頻信號(hào)的第二電壓以及與所述第二電壓一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)信號(hào)頻率值，擬合出所述第二原子譜線圖。
[0017]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述通過同步鑒相技術(shù)分別得到與所述第一光電池對(duì)應(yīng)的第一誤差信號(hào)△ W1以及與所述第二光電池對(duì)應(yīng)的第二誤差信號(hào)△ W2，包括:
[0018]獲取所述物理系統(tǒng)產(chǎn)生的第一鑒頻信號(hào)和第二鑒頻信號(hào)，所述第一鑒頻信號(hào)由第一光電池輸出，所述第二鑒頻信號(hào)由第二光電池輸出；
[0019]將所述第一鑒頻信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，得到所述第一誤差信號(hào)AW1，將所述第二鑒頻信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行同步鑒相，得到所述第二誤差信號(hào)A W2。
[0020]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種原子頻標(biāo)，所述原子頻標(biāo)包括:壓控晶振、綜合模塊、物理系統(tǒng)、同步鑒相模塊和中央處理器，所述物理系統(tǒng)包括對(duì)稱設(shè)置在微波腔內(nèi)的第一光電池和第二光電池；
[0021 ]所述壓控晶振，用于提供一探測(cè)信號(hào)；
[0022]所述綜合模塊，用于對(duì)所述探測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并將經(jīng)過調(diào)制的探測(cè)信號(hào)作用于所述物理系統(tǒng)上；
[0023]所述同步鑒相模塊，用于通過同步鑒相技術(shù)分別得到與所述第一光電池對(duì)應(yīng)的第一誤差信號(hào)A W1以及與所述第二光電池對(duì)應(yīng)的第二誤差信號(hào)Δ W2;
[0024]所述中央處理器，用于在第一原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測(cè)信號(hào)兩個(gè)邊帶對(duì)應(yīng)的電壓值VII和V12，在第二原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測(cè)信號(hào)兩個(gè)邊帶對(duì)應(yīng)的電壓值V21 和V22;計(jì)算 Δ VI和 Δ V2，Δ VI =V11-V12- Δ W1，Δ V2 = V21_V22_ Δ W2;當(dāng)所述Δ VI和△ V2的乘積為正時(shí)，對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述△ VI和△ V2的乘積為負(fù)時(shí)，不對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述△ VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI不為0時(shí)，對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述△ VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI為0時(shí)，不對(duì)所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；
[0025]所述中央處理器中存儲(chǔ)有所述第一原子譜線圖和所述第二原子譜線圖，所述第一原子譜線圖和所述第二原子譜線圖是將未經(jīng)調(diào)制的探測(cè)信號(hào)作用于物理系統(tǒng)上，通過掃頻技術(shù)擬合得到的，所述第一原子譜線圖和所述第一光電池對(duì)應(yīng)，所述第二原子譜線圖和所述第二光電池對(duì)應(yīng)。
[0026]在本發(fā)明實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一光電池和所述第二光電池為相同的光電池。
[0027]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一光電池和第二光電池關(guān)于所述微波腔的中軸線對(duì)稱。
[0028]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述物理系統(tǒng)還包括:光譜燈、繞設(shè)在所述微波腔上的C場(chǎng)線圈、與所述C場(chǎng)線圈電連接的恒流源、設(shè)于所述微波腔內(nèi)的集成濾光共振泡、以及設(shè)于所述微波腔尾部的耦合環(huán)，所述集成濾光共振泡和所述光電池均設(shè)在所述光譜燈的光路上，且所述集成濾光共振泡位于所述光譜燈和所述光電池之間，所述微波腔尾部是指所述微波腔內(nèi)遠(yuǎn)離所述光譜燈的一端。
[0029]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一光電池和所述第二光電池為在800nm有最強(qiáng)感光效應(yīng)的硅光電池。
[0030]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述同步鑒相模塊包括第一同步鑒相單元和第二同步鑒相單元，所述第一同步鑒相單元與所述第一光電池電連接，所述第二同步鑒相單元與所述第二光電池電連接。
[0031]在本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述綜合模塊包括隔離放大器、射頻倍頻單元、微波倍混頻單元、微處理器和頻率合成器，所述微處理器分別與所述同步鑒相模塊、所述隔離放大器和所述頻率合成器電連接，所述隔離放大器分別與所述壓控晶振和所述射頻倍頻單元電連接，所述微波倍混頻單元分別與所述射頻倍頻單元、所述頻率合成器及所述物理系統(tǒng)電連接。
[0032]其中，所述頻率合成器為直接式數(shù)字頻率合成器。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0034]在本發(fā)明實(shí)施例中，物理系統(tǒng)中設(shè)置有兩個(gè)光電池，我們采用未經(jīng)調(diào)制的探測(cè)信號(hào)分別通過這兩個(gè)光電池?cái)M合出第一原子譜線和第二原子譜線，此時(shí)，物理系統(tǒng)未受到電子線路干擾，因此擬合出的原子譜線不包括電子線路干擾成分。在糾偏時(shí)，采用調(diào)制的探測(cè)信號(hào)的兩個(gè)邊帶分別從第一原子譜線和第二原子譜線查找對(duì)應(yīng)值，并分別計(jì)算出兩個(gè)電壓差V11-V12和V21-V22，而此時(shí)通過鑒頻和同步鑒相同時(shí)得到對(duì)應(yīng)第一光電池的第一誤差信號(hào) Δ W1 和第二誤差信號(hào) Δ W2。分別計(jì)算 Δ VI和 Δ V2，Δ VI = V11-V12- Δ W1，Δ V2 = V21_V22_