专利名称：一种光谱灯控温性能的评估装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及原子频标领域，特别涉及一种光谱灯控温性能的评估装置。
背景技术：
在原子频标的物理部分中，谱灯型原子频标的抽运光源是一个无极放电的光谱灯。为了谱灯型原子频标快速锁定稳定工作，要求光谱灯尽快进入稳定工作状态。光谱灯的灯泡放在一个高频振荡线圈中，整个灯由高频场激励并维持发光。当激励功率大时，光谱灯容易启辉。然而，激励功率越大，产生的热量也越多，光谱灯的灯室则不容易被恒温。为了得到稳定的抽运光，整个灯室包括灯泡和振荡器电路都应该恒温，把温度控制在灯稳定发光的温度上。在实际应用中，为了使光谱灯工作环境的温度稳定，将为光谱灯设置温控装置。该温控装置用于实时测量光谱灯的实际温度，当光谱灯的实际温度高于预定温度时，对光谱灯进行降温；反之，当光谱灯的实际温度低于预定温度时，对光谱灯进行加热。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:为了使原子频标能够长期稳定工作，原子频标整机包括内部的光谱灯部件需放置在恒温环境中。由于原子频标整机的工作温度与光谱灯的工作温度不一致，可能导致原子频标整机的恒温环境影响光谱灯的工作温度，因此，光谱灯的温控装置需精确调节光谱灯的温度，以使光谱灯的工作温度稳定。为了衡量光谱灯的温控装置在恒温环境下的控温性能，以更好地设计光谱灯的控温装置及谱灯型原子频标整机，需测量光谱灯的控温因子。
实用新型内容为了测量光谱灯的控温因子，本实用新型实施例提供了一种光谱灯控温性能的评估装置。所述技术方案如下:—种光谱灯控温性能的评估装置，所述装置包括用于控制谱灯型原子频标的工作环境温度的恒温箱、以及用于控制所述光谱灯的工作温度的温控模块，所述装置还包括:用于当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度为预设值时，以及当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述谱灯型原子频标的实际工作环境温度，并得到第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温模块，所述第一工作环境温度与所述第二工作环境温度不同；用于当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度为预设值时，以及当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述光谱灯的实际工作温度，并得到第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温模块；以及用于设置所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度和所述光谱灯的预定工作温度，并根据测得的所述谱灯型原子频标的所述第一实际工作环境温度和所述第二实际工作环境温度、以及所述光谱灯的所述第一实际工作温度和所述第二实际工作温度，计算所述控温因子的主控模块；其中，所述恒温箱为可调温度的恒温箱，所述谱灯型原子频标和所述第一测温模块设在所述恒温箱内；所述恒温箱、所述温控模块、所述第一测温模块和所述第二测温模块分别与所述主控模块连接。其中，所述恒温箱调节温度的精度大于0.1°C。其中，所述温控模块包括两个对称电阻、数字电位计、热敏电阻、温控芯片和电源；其中，所述两个对称电阻的一端相连，其中一个所述对称电阻的另一端与所述数字电位计的一端连接，另一个所述对称电阻的另一端与所述热敏电阻的一端连接；所述数字电位计的另一端与所述热敏电阻的另一端连接；所述温控芯片的一端连在所述数字电位计和与所述数字电位计相邻的所述对称电阻之间，所述温控芯片的另一端连在所述热敏电阻和与所述热敏电阻相邻的所述对称电阻之间；所述两个对称电阻的连接点与所述电源连接；所述数字电位计与所述热敏电阻的连接点接地。其中，所述第一测温模块为热敏电阻，所述热敏电阻设在所述原子钟的壳体上。其中，所述第二测温模块为热敏电阻，所述热敏电阻贴在所述光谱灯的表面。其中，所述装置还包括与所述主控模块连接的用于显示计算出的所述控温因子的显示模块。本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过恒温箱控制谱灯型原子频标的工作环境温度；温控模块控制光谱灯的工作温度；第一测温模块测量谱灯型原子频标的实际工作环境温度，第二测温模块测量光谱灯的实际工作温度；主控模块设置谱灯型原子频标的预定工作环境温度和光谱灯的预定工作温度，并根据谱灯型原子频标的实际工作环境温度和光谱灯的实际工作温度计算控温因子；光谱灯的控温因子能够衡量光谱灯的温控装置在恒温环境下的控温性能，进而更好的设计温控装置及谱灯型原子频标整机。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型实施例1中提供的一种光谱灯控温性能的评估装置的结构示意图；图2是本实用新型实施例2中提供的一种光谱灯控温性能的评估装置的结构示意图；图3是本实用新型实施例2中提供的控温模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。[0023]为便于对本实用新型实施例描述的技术方案的理解，首先对控温因子进行介绍。一般地，控温因子指两个相对变化温度的比例关系。在谱灯型原子频标中，当谱灯型原子频标的工作环境温度变化时，会引起光谱灯的温度变化。光谱灯控温因子描述的便是工作环境温度和光谱灯自身工作温度两者相对变化量之间的比例关系。例如，假设工作环境温度由25度下降到24度，引起的光谱灯工作温度由120度下降到119.99度，则光谱灯的控温因子为(25-24)/ (120-119.99) =100。容易知道，光谱灯的控温因子能够反映光谱灯在谱灯型原子频标实际工作时的控温效果。具体地，控温因子越高，则当环境工作温度变化时，一方面引起的光谱灯工作温度变化越小，另一方面正是因为光谱灯工作温度变化越小，则光谱灯对谱灯型原子频标整机输出信号的频率稳定度影响越小。因此，测量光谱灯控温因子是非常必要的。实施例1参见图1，本实用新型实施例1提供了一种光谱灯控温性能的评估装置，该装置包括用于控制谱灯型原子频标a的工作环境温度的恒温箱101和用于控制光谱灯b的工作温度的温控模块102 ;该装置还包括:用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持该预设值不变时，分别测量谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并得到第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温模块103 ;其中，第一工作环境温度与第二工作环境温度不同。用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持预设值不变时，分别测量光谱灯b的实际工作温度，并得到第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温模块104。用于设置谱灯型原子频标a的预定工作环境温度和光谱灯b的预定工作温度，并根据测得的谱灯型原子频标a的第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度、以及光谱灯b的第一实际工作温度和第二实际工作温度，计算控温因子的主控模块105。其中，恒温箱101为可调温度的恒温箱，谱灯型原子频标a和第一测温模块103设在该恒温箱101内；恒温箱101、温控模块102、第一测温模块103和第二测温模块104分别与主控模块105连接。本实用新型实施例提供的上述装置带来的有益效果是:通过恒温箱控制谱灯型原子频标的工作环境温度；温控模块控制光谱灯的工作温度；第一测温模块测量谱灯型原子频标的实际工作环境温度，第二测温模块测量光谱灯的实际工作温度；主控模块设置谱灯型原子频标的预定工作环境温度和光谱灯的预定工作温度，并根据谱灯型原子频标的实际工作环境温度和光谱灯的实际工作温度计算控温因子；光谱灯的控温因子能够衡量光谱灯的温控装置在恒温环境下的控温性能，进而更好的设计温控装置及谱灯型原子频标整机。实施例2参见图2，本实用新型实施例2提供了一种光谱灯控温性能的评估装置，该装置包括用于控制谱灯型原子频标a的工作环境温度的恒温箱201和用于控制光谱灯b的工作温度的温控模块202 ;该装置还包括:[0033]用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持该预设值不变时，分别测量谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并得到第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温模块203 ;其中，第一工作环境温度与第二工作环境温度不同。用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持预设值不变时，分别测量光谱灯b的实际工作温度，并得到第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温模块204。用于设置谱灯型原子频标a的预定工作环境温度和光谱灯b的预定工作温度，并根据测得的谱灯型原子频标a的第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度、以及光谱灯b的第一实际工作温度和第二实际工作温度，计算控温因子的主控模块205。其中，恒温箱201为可调温度的恒温箱，谱灯型原子频标a和第一测温模块203设在该恒温箱201内；恒温箱201、温控模块202、第一测温模块203和第二测温模块204分别与主控模块205连接。具体地，谱灯型原子频标a，包括内部的光谱灯b及除光谱灯b外的其他组成部件，置于恒温箱201构成的恒温环境中。进一步地，该恒温箱201调节温度的精度大于0.1°C。恒温箱201的精度越高，则光谱灯控温因子的测量误差就越小。一方面，主控模块205通过命令字设置恒温箱201的预定恒温温度，即谱灯型原子频标a的预定工作环境温度。值得说明的是，恒温箱201的预定恒温温度应考虑原子频标的实际应用环境。另一方面，主控模块205通过命令字设置温控模块202需控制的光谱灯b的预定工作温度。其中，参见图3，该温控模块202包括两个对称电阻2021、数字电位计2022、热敏电阻2023、温控芯片2024和电源Ucc。其中，两个对称电阻2021的一端相连，其中一个对称电阻2021的另一端与数字电位计2022的一端连接，另一个对称电阻2021的另一端与热敏电阻2023的一端连接；数字电位计2022的另一端与热敏电阻2023的另一端连接；温控芯片2024的一端连在数字电位计2022和与数字电位计2022相邻的对称电阻2021之间，温控芯片2024的另一端连在热敏电阻2023和与热敏电阻2023相邻的对称电阻2021之间；两个对称电阻2021的连接点A与电源Ucc连接；数字电位计2022与热敏电阻2023的连接点 B 接 GND (Ground,地)。具体地，对称电阻2021、数字电位计2022和热敏电阻2023构成惠斯通电桥。值得说明的是，两个对称电阻2021的选型应满足同一厂商同一批次，应保证两个对称电阻2021尽可能一致，尤其是两个对称电阻2021的温度系数。此外，还应保证对称电阻2021、数字电位计2022和热敏电阻2023的阻值接近。具体地，数字电位计2022的具体阻值反映了光谱灯b的预定工作温度。主控模块205通过命令字设置温控模块202需控制的光谱灯b的预定工作温度时，便是通过命令字对数字电位计2022进行赋值。具体地，热敏电阻2023贴于光谱灯b的表面，用以测量光谱灯b的实际工作温度。其中，当热敏电阻2023的阻值与数字电位计2022的阻值不相等时，在连接点A、B处会形成电动势梯度，假设该电动势梯度为Uab。其中，温控芯片2024贴于光谱灯b外表面，用以对光谱灯b实施加热和降温。其加热机制由Uab决定。具体地，当热敏电阻2023的阻值大于数字电位计2022的阻值时，Uab为负，温控芯片2024对光谱灯b进行加热处理；当热敏电阻2023的阻值小于数字电位计2022的阻值时，Uab为正，温控芯片2024对光谱灯b进行降温处理；当热敏电阻2023的阻值等于数字电位计2022的阻值时，Uab为0，光谱灯b的实际工作温度基本与预定工作温度相等。其中，第一测温模块203设在恒温箱201的内表面，能够实时测量恒温箱201内实际恒温温度，即谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并将测量的实际温度值发送至主控模块205。具体地，第一测温模块203为热敏电阻，该热敏电阻设在谱灯型原子频标a的壳体上。其中，第二测温模块204，能够实时测量光谱灯b的实际工作温度，并将测量的实际温度值发送至主控模块205。具体地，第二测温模块204为热敏电阻，该热敏电阻贴在光谱灯b的表面。其中，主控模块205根据第一测温模块203测量的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度和第二测温模块204测量的光谱灯b的实际工作温度，能够计算出相应的光谱灯b的温控温因子。具体地，假设主控模块205设置了谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度，并设置了光谱灯b的预定工作温度为预设值。这时，第一测温模块203测出的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度为第一实际工作环境温度IV ;第二测温模块204测出的光谱灯b的实际工作温度为第一实际工作温度为t/。然后，主控模块205不改光谱灯b的预定工作温度，改变谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度。这时，第一测温模块203测出的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度为第二实际温度T2’ ；第二测温模块204测 出的光谱灯b的实际工作温度为第二实际温度t2’。则，控温因子为，
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O进一步地，该装置还包括与主控模块205连接的用于显示计算出的控温因子的显示模块206。参见步骤A D，下面简单介绍利用本实用新型实施例2提供的测量光谱灯控温因子的装置测量控温因子的工作过程:步骤A:主控模块205启动恒温箱201和温控模块202，使谱灯型原子频标a整机置于恒温的工作环境、光谱灯b的工作温度稳定。具体地，一方面，恒温箱201被启动后，将根据主控模块205的温度设定控制字进行温度恒定工作，并使置于恒温箱201内的谱灯型原子频标a的工作环境的温度稳定。假设主控模块205设置的恒温箱201的预定恒温温度为！\。例如，恒温箱201的精度为0.1°C,T1为25°C，那么，原子频标的工作环境温度将稳定在25°C ±0.1°C范围内。另一方面，主控模块205通过设定温控模块202中数字电位计2022的阻值来间接设定光谱灯b的预定工作温度为预设值。假设该预设值为t，例如，t为120°C。步骤B:第一测温模块203测量谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并将测量出的温度值发送至主控模块205。第二测温模块204测量光谱灯b的实际工作温度，并将测量出的温度值发送至主控模块205。具体地，设在恒温箱201内部的第一测温模块203的阻值将随着恒温箱201温度的变化而发生变化，此电阻值反映了谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并将测量信息传递给主控模块205。假设第一测温模块203测出的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度为T1。具体地，在惠斯通电桥作用下，一旦Uab不为0，则使能恒温芯片2024工作，直至光谱灯b的工作温度恒定在预置的温度点t，此时，第二测温模块的阻值应与数字电位计2022和热敏电阻2023接近，并将此测量信息传递至处理器。假设第二测温模块204测出的光谱灯b的实际工作温度为V。同时，主控模块205记录T/和V。步骤C:主控模块205改变恒温箱201的预定恒温温度，并测量和记录改变前后谱灯型原子频标a的实际工作环境温度变化差、以及改变前后光谱灯b的实际工作温度变化差。同步骤A，主控模块205通过温度设定控制字改变恒温箱201的恒温温度为T2,例如T2为26°C，那么谱灯型原子频标a的工作环境温度将稳定在26°C ±0.1°C范围内。相应的，可以得到谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，假设该谱灯型原子频标a的实际工作环境温度为T2’。那么，改变前后谱灯型原子频标a的实际工作环境温度变化差为，IV-T2’。但是，此时并不改变光谱灯b的预定工作温度t (即数字电位计2022的阻值)，仅测量得到光谱灯b的实际工作温度，假设光谱灯b的实际工作温度为t2’。那么，改变前后光谱灯b的实际工作温度变化差为，V -t2’。步骤D:将该谱灯型原子频标a的实际工作环境温度变化差除以该光谱灯b的实际工作温度变化差 ，并获取除运算的绝对值，得到光谱灯b的控温因子。具体地，光谱灯b的控温因子的计算公式为:
权利要求1.一种光谱灯控温性能的评估装置，所述装置包括用于控制谱灯型原子频标的工作环境温度的恒温箱、以及用于控制所述光谱灯的工作温度的温控模块，其特征在于，所述装置还包括: 用于当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度为预设值时，以及当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述谱灯型原子频标的 实际工作环境温度，并得到第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温模块，所述第一工作环境温度与所述第二工作环境温度不同； 用于当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度为预设值时，以及当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述光谱灯的实际工作温度，并得到第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温模块；以及 用于设置所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度和所述光谱灯的预定工作温度，并根据测得的所述谱灯型原子频标的所述第一实际工作环境温度和所述第二实际工作环境温度、以及所述光谱灯的所述第一实际工作温度和所述第二实际工作温度，计算所述控温因子的主控模块； 其中，所述恒温箱为可调温度的恒温箱，所述谱灯型原子频标和所述第一测温模块设在所述恒温箱内；所述恒温箱、所述温控模块、所述第一测温模块和所述第二测温模块分别与所述主控模块连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述恒温箱调节温度的精度大于0.1°C。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控模块包括两个对称电阻、数字电位计、热敏电阻、温控芯片和电源；其中，所述两个对称电阻的一端相连，其中一个所述对称电阻的另一端与所述数字电位计的一端连接，另一个所述对称电阻的另一端与所述热敏电阻的一端连接；所述数字电位计的另一端与所述热敏电阻的另一端连接；所述温控芯片的一端连在所述数字电位计和与所述数字电位计相邻的所述对称电阻之间，所述温控芯片的另一端连在所述热敏电阻和与所述热敏电阻相邻的所述对称电阻之间；所述两个对称电阻的连接点与所述电源连接；所述数字电位计与所述热敏电阻的连接点接地。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述第一测温模块为热敏电阻，所述热敏电阻设在所述原子钟的壳体上。
5.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述第二测温模块为热敏电阻，所述热敏电阻贴在所述光谱灯的表面。
6.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述主控模块连接的用于显示计算出的所述控温因子的显示模块。
专利摘要本实用新型公开了一种光谱灯控温性能的评估装置，属于原子频标领域。装置恒温箱；温控模块；用于当谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯的预定工作温度维持预设值不变时，分别测量谱灯型原子频标的第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温模块，第一工作环境温度与第二工作环境温度不同；用于分别测量光谱灯的第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温模块；用于根据第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度、第一实际工作温度和第二实际工作温度，计算控温因子的主控模块。本装置测量控温因子。
文档编号G05D23/24GK203084575SQ20122065380
公开日2013年7月24日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者雷海东 申请人:江汉大学