基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于原子頻標技術領域，特別設及一種基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 現有技術中，一臺頻標長時間連續(xù)工作時，其輸出頻率值隨著時間推移會緩慢地 變化，甚至會單方向變化。對于原子頻標而言稱為單位時間內的漂移量稱為漂移率，或老化 率。頻率漂移率是頻標的一項重要指標，它表示一臺頻標在連續(xù)工作一段時間后，開始工作 時頻率準確度的能力。雖然從目前的本領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而言，長期工作后仍然會有漂移現象，對于多臺頻標而言，由于不同 的物理系統(tǒng)、不同的電路結構或者是電路性能，所W很難用同一方法對漂移進行修正，而是 需要針對某一臺具體的物理系統(tǒng)和電路內部的結構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漂移自檢修復方法，使其通過外圍檢測環(huán)節(jié)探測頻標自身的漂 移量，在不影響整機短期頻率穩(wěn)定度指標的前提下，修正整機漂移，是本實用新型繼續(xù)解決 的技術問題。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型提供一種基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)，解決了或部分解決了現有技術中 的上述技術問題。
[0004] 依據本實用新型的一個方面，提供了一種基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)，包括:鋼原子 頻標物理系統(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轉換器，所述D/A轉換器與所述微處 理器連接，磁場恒流源驅動模塊，所述磁場恒流源驅動模塊分別與所述D/A轉換器和所述鋼 原子頻標物理系統(tǒng)連接。
[0005] 可選的，所述磁場恒流源驅動模塊包括:恒流源調整器;磁場線圈，所述磁場線圈 與采樣電阻連接，W輸出采樣電壓;運算放大器，所述運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算放大器、所述恒流 源調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放化07;和/或，所述運算放大器是選用低 噪聲運放AD797。
[000引有益效果：
[0009]本實用新型提供的一種基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)，通過隔離放大器與鋼原子頻標 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轉換器與微處理器連接，磁場恒流源驅動模塊分別與D/ A轉換器和鋼原子頻標物理系統(tǒng)連接。實現了通過外圍檢測環(huán)節(jié)探測頻標自身的漂移量，在 不影響整機短期頻率穩(wěn)定度指標的前提下，修正整機漂移，具有操作簡單、適用性廣的特 點。
【附圖說明】
[0010] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 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用新型的 一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據運 些附圖獲得其他的附圖。
[0011] 圖1為本實用新型實施例提供的基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)的整體結構示意圖；
[0012] 圖2為本實用新型實施例提供的基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)中，磁場恒流源驅動模 塊的整體結構框圖；
[0013] 圖3為本實用新型實施例提供的鋼頻標漂移自檢修復的方法的整體流程示意圖；
[0014] 圖4為本實用新型實施例提供的鋼頻標漂移自檢修復的裝置的整體結構框圖；
[0015] 圖5為本實用新型實施例提供的基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)中，由螺旋管電流的方 式制備磁場的原理結構示意圖；
[0016] 圖6為本實用新型實施例提供的基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)中，磁場恒流源驅動模 塊的內部電路原理圖；
【具體實施方式】
[0017] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬 于本實用新型保護的范圍；其中本實施中所設及的"和/或"關鍵詞，表示和、或兩種情況，換 句話說，本實用新型實施例所提及的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，本實用新型實施例中，當組件被稱為"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。當一個組件被認為是"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。當一個組件被認為是"設置于"另一個 組件，它可W是直接設置在另一個組件上或者可能同時存在居中組件。本實用新型實施例 中所使用的術語"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 是旨在限制本實用新型。
[0019] 參見圖1-2,本實用新型的一個實施例提出了一種基于螺旋管的磁感應系統(tǒng)，包 括:鋼原子頻標物理系統(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轉換器105,所述D/A轉換器105與所述微處理器104連接，磁場恒流源驅動模塊 106,所述磁場恒流源驅動模塊106分別與所述D/A轉換器105和所述鋼原子頻標物理系統(tǒng) 101連接。
[0020] 具體而言，鋼原子頻標物理系統(tǒng)101輸出信號(整機頻率)經隔離放大器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 f，假如鋼頻標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，運也就是在本實用新型實施例中所謂的頻率穩(wěn)定度及漂移 測試的依據。值得一提的是，本實用新型實施例中頻標的漂移量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0-0躍遷頻率即是鋼原子頻標的 鑒頻參考頻率fo。集成濾光共振泡內的鋼原子運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，對外界磁場較不敏感，即：f = f〇巧74.14H2,此公式在本實用新 型實施例中可作為式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進行求導得壯= 1148.28HdH，此公式在本實用新型實施例中可作為式2。式2兩邊除W原子共振中屯、頻率fo， 對于鋼原子頻標而言，本實用新型實施例取f0 = 6834.6875M化，則有壯處0 = 1.68 X 10-7HdH，此公式在本實用新型實施例中可作為式3,式3左邊代表原子頻標的頻率穩(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，本實用新型實施例中，在被動型鋼原子頻標 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。根據右手螺旋定則，電流產生 的磁場方向可W方便地給出。其大小可用下列公式計算：
此公式在本實用新型實施例中可作為式4。其中，n為線圈單位長度應數，I為通電電流，^ 為一常數值10-7。通電螺線管軸線上離中屯、點X處點A，

對于線圈單位長度應數n，假設實際C場繞線的圈數為m，繞線的 半徑為r，則相應的n計算公式為：
此公式在本實用新型實施例中 可作為式5。采用國際單位制，式4及5中各參數的單位如下:磁感應強度化）：特斯拉、電流強 度（I):安培、長度單位化、Rl、x):米。需要指出的是，式1中所提及的磁感應強度H，用"高斯" 作單位，轉換關系是:1特斯拉= 104高斯。
[0022] 最后，根據公式3和4就可W得出相應的"漂移量df-C場電流量r的對應關系，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轉換器采集采樣電阻上的電壓量來反映給微處理器104,運樣在 微處理器104內部就可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根據事 先存儲的"漂移量df-C場電流量r參照量，選擇相應的D/A電壓控制量數字式設定值經D/A 模塊后送至磁場恒流源驅動模塊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 有可能造成鋼頻標輸出頻率的跳變，從而影響整機的短期頻率穩(wěn)定度指標。舉個例子:對于 一臺高精穩(wěn)的鋼原子頻標而言，假定它的日穩(wěn)定度及日漂移為1E-14量級，那么每次的修 正量應該遠小于化一14,可W選擇祀一15進行修正。
[0023] 在本實用新型實施例中，對于磁場恒流源驅動模塊106而言，請繼續(xù)參見圖2所示， 所述磁場恒流源驅動模塊106至少包括:恒流源調整器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;運算放大器1063,所述運算放大