专利名称：一种适用于原子钟的整机性能的检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测系统技术领域，主要适用于原子钟的整机性能的检测系统。
背景技术：
光抽运铷原子频标是传统的实用型原子频标，尽管其某些性能指标比不上铯和氢原子频标，但是它是应用范围最广、价格最低廉的一种原子频标。其准确度为10—11，稳定度为10_12量级。小型化是光抽运铷原子频标的发展趋势，目前国内除我所以外，有北京大学、航天部203所等单位积极开展铷原子频标领域的小型化工作。国际上铷原子频标的小型化也有飞速的进展，分米量级的铷原子频标已经商品化。目前，就各行各业的需要，原子频率在以下方面具有突出的应用前景:1.作为时间标准用来计时授时。2.作为频率标准用来计频授频。3.在导航定位卫星中，是实现系统工作的基础。4.在数字通信中，为各个通信节点提供统一时间。5.用于时间传递，如科学应用、天文台、大学和标准实验室系统内部同步，时间的同步。 6.在导弹靶场、卫星跟踪站、核爆侦听站几乎都使用原子钟。7.在天文学、地球物理学、计量学及基础科学研究方面也要广泛地使用原子钟。8.海陆空交通管理。9.减灾预报；如气象、地震、水文、森林火灾等。10.城市出租车、银行送钞车、外交礼仪车的监护。多年来，人们一直在原子频标领域中进行着不断地探索与创新，以求取得更大的突破。对应用面宽广的被动型铷原子频标，人们更是倾注极大的关注。早期，为减小微波功率频移、改善被动型铷频标性能，人们提出了用高分子材料涂层的铷吸收泡代替充缓冲气体的铷吸收泡的想法。在充缓冲气体的铷吸收泡中，由于87Rb原子和缓冲气体分子频繁的碰撞使它被囚禁在吸收泡的一个小区域内。而在整个吸收泡中各处的C场值和抽运光强不一样，所以各处的87Rb原子0— 0跃迁的中心频率有所不同，造成了微波功率频移的存在，这成为影响被动式铷原子频标频率稳定度的一个重要因素。为克服这种频移，1980年A.Ris] ey等人用石蜡作涂层代替缓冲气体，在动态真空系统上测量了铷吸收泡的性能，结果表明微波功率频移减小了 100倍，但是Rb原子与石蜡碰撞会产生壁移。1982年H，G.Robinson等人用40烷涂层的吸收泡得到了线宽仅为IHz的Rb原子的0-0跃迁谱线。1985年R.P.Fruehoh等人在理论上分析了铷吸收泡在不同谐振腔中的线宽。1987年C.Rahman等人又得到了线宽为IOHz的Rb原子0— 0跃迁谱线。但是一直到现在为止，尚未见到有关于用涂层泡制成的被动式原子频标长、短稳性能的报导。实验结果表明:涂层本身的放气使吸收泡内的真空度不断下降，它既产生碰撞频移又使得微波功率频移不断增加。这个因素可能就是为什么到现在为止仍然未见利用涂层泡制成高性能铷原子频标报导的主要原因。众多研究人员在上述诸多方面做出的努力都是为了进一步提高原子钟的整机性能，确实想将原子钟系统的性能提高，只能从其物理系统部分入手，但对于一台具体的原子钟，一旦整机成型，物理系统是固定，它的一切性能只能由其在长期工作过程中由物理作用产生的影响来间接获得，而一些影响给原子钟的长期稳定工作以及精确性带来了不少麻烦。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于原子钟的整机性能的检测系统，它在不影响原子钟的长期稳定工作的基础上，对原子钟的整机性能进行了检测。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于原子钟的整机性能的检测系统，包括:原始信号产生电路、信号测试装置、微波探询信号产生模块、物理系统及处理器；所述原始信号产生电路、所述微波探询信号产生模块、所述物理系统及所述处理器顺序连接，处理器的第一输出端与原始信号产生电路的输入端连接，处理器的第一输入端与微波探询信号产生模块的输出端连接；所述信号测试装置的输入端与原始信号产生电路的输出端连接，信号测试装置的输出端与处理器的第二输入端连接。进一步地，还包括:高稳原子钟；所述高稳原子钟连接所述信号测试装置的输入端和所述处理器的输出端。进一步地，还包括:磁场修正模块；所述磁场修正模块设置在所述高稳原子钟和所述处理器之间。进一步地，所述磁场修正模块包括:D/A转换器和压控恒流源；所述处理器通过所述D/A转换器与所述压控恒流源连接，压控恒流源与所述高稳原子钟连接。进一步地，所·述原始信号产生电路包括:压控振荡器和信号源；所述压控振荡器的输出端与所述信号源的第一输入端连接，信号源的第二输入端与所述处理器的第一输出端连接，信号源的第一输出端与所述信号测试装置的输入端连接，信号源的第二输出端与所述微波探询信号产生模块的输入端连接。进一步地，所述信号测试装置为频稳测试仪。进一步地，所述处理器为微处理器，且型号为飞利浦公司生产的LPC430。本实用新型的有益效果在于:本实用新型提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统在不影响原子钟的长期稳定工作的基础上，对原子钟的整机性能进行了准确检测。
图1为本实用新型实施例提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统的结构示意图。图2为本实用新型实施例提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统中微处理器接收到的信号源信号的频率fl和时间t之间的函数曲线图。图3为本实用新型实施例提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统中压控振荡器因老化漂移引起的输出信号的频率f和时间t之间的函数曲线图。
具体实施方式
为进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的适用于原子钟的整机性能的检测系统的具体实施方式
及工作原理进行详细说明。由图1可知，本实用新型实施例提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统包括:高稳原子钟、原始信号产生电路、信号测试装置、微波探询信号产生模块、物理系统及处理器；原始信号产生电路、微波探询信号产生模块、物理系统及处理器顺序连接，处理器的第一输出端与原始信号产生电路的输入端连接，处理器的第一输入端与微波探询信号产生模块的输出端连接；信号测试装置的输入端与原始信号产生电路的输出端连接，信号测试装置的输出端与处理器的第二输入端连接。高稳原子钟连接信号测试装置的输入端和处理器的输出端。其中，高稳原子钟作为测试装置的外部时基参考源。需要说明的是，高稳原子钟的整机性能应该比待检测的原子钟的整机性能高至少半个量级，例如信号源的输出信号的频率稳定度(以日稳计算)为5E-14，则高稳原子钟对应的秒稳指标应该优于1E-14。若整机性能待检测的原子钟为铷原子钟等二级原子钟，则选择的高稳原子钟应为更高一级的原子钟，诸如铯原子钟或氢原子钟。具体的，原始信号产生电路包括:压控振荡器和信号源；压控振荡器的输出端与信号源的第一输入端连接，信号源的第二输入端与处理器的第一输出端连接，信号源的第一输出端与信号测试装置的输入端连接，信号源的第二输出端与微波探询信号产生模块的输入端连接。其中，压控振荡器作为信号源的外部时基参考源；压控振荡器的振荡频率为f=10MHz，由于压控振荡器是信号源的外部时基，因此信号源的输出信号的频率Π也为10MHz，这样信号源的输出信号的频率Π实际上具有了与压控振荡器的输出信号的频率f一样的稳定性。为了对高稳原子钟的输出信号的漂移进行补偿，将磁场修正模块设置在高稳原子钟和处理器之间。具体的，磁场修正模块包括:D/A转换器和压控恒流源；处理器通过D/A转换器与压控恒流源连接，压控恒流源与高稳原子钟连接。其中，D/A转换器用于接收处理器发来的数字控制信 号。由D/A转换器输出的电压信号作用于压控恒流源，使压控恒流源输出相应的电流输送至高稳原子钟，用以改变高稳原子钟内部绕制磁场线圈的电流大小，从而引起磁场的变化，进而改变高稳原子钟的输出信号的频率。具体的，从压控恒流源输出的电流变化值需要参照高稳原子钟的漂移值及电流修正范围值；例如高稳原子钟每天的漂移量为:1E-15，对应的电流修正量为:5E-16/mA，则压控恒流源每天输出的电流变化值也为 5E-16/mA。优选地，信号测试装置为频稳测试仪，处理器为微处理器，且型号为飞利浦公司生产的LPC430 ;信号源为信号发生器，其型号为安捷伦公司生产的33250A。。本实用新型提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统在工作时，首先由微波探询信号产生模块采用综合、倍频、混频的方法将微波探询信号调到原子共振跃迁频率中心频率上，同时给微波信号加上一个低频小调制，并将经低频调制的信号输出到物理系统，同时产生相干的同步信号至微处理器。物理系统再将经低频调制的信号转换成量子鉴频信号，并将量子鉴频信号输出至微处理器。微处理器将相干同步信号和量子鉴频信号进行同步鉴相获得直流纠偏电压，再将直流纠偏电压输出到信号源，对信号源的输出信号的频率fl进行控制，从而完成环路的锁定。信号源通过接收到的直流纠偏电压对输出信号进行调节，并将调节后的信号源信号输出至频稳测试仪。频稳测试仪对接收到的信号源信号进行频率测量得到信号源信号的频率值，并将测量到的信号源信号的频率值输出至微处理器，微处理器接收到的信号源信号的频率fl和时间t之间的函数曲线可参见图2，压控振荡器因老化漂移引起的输出信号的频率f和时间t之间的函数曲线可参见图3。最后，微处理器将接收到的由频稳测试仪输出的信号源信号的频率值减去已知的压控振荡器的老化漂移数据(由压控振荡器的供应厂商提供)就可以得到整机性能待检测的原子钟中的物理系统的原子基态精细能级跃迁性能，进而得到原子钟的整机性能。需要说明的是，在频稳测试仪对接收到的信号源信号进行频率测量的同时，微处理器根据已知的高稳原子钟的漂移量(由高稳原子钟的供应厂商提供)，通过改变由磁场修正模块输出的磁场电流来改变高稳原子钟的C场，以进一步改变高稳原子钟的输出信号的频率fO来补偿掉高稳原子钟因为长期漂移导致的输出信号频率fO的变化，从而实现对高稳原子钟的频率漂移补偿，进而提高了本实用新型检测的准确性。这里需要说明的是，因为本实用新型将压控振荡器作为信号源的外部时基参考源，所以由微处理器输出的直流纠偏电压只是对由信号源的输出信号的频率进行反馈调节，而并没有引起压控振荡器的输出信号的频率的变化，从而避免了因压控振荡器的输出信号的频率的变化引起的测量误差，提高了本实用新型检测的准确度。本实用新型提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统在不影响原子钟的长期稳定工作的基础上，对原子钟的整机性能进行了精确检测。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替·换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，包括:原始信号产生电路、信号测试装置、微波探询信号产生模块、物理系统及处理器；所述原始信号产生电路、所述微波探询信号产生模块、所述物理系统及所述处理器顺序连接，处理器的第一输出端与原始信号产生电路的输入端连接，处理器的第一输入端与微波探询信号产生模块的输出端连接；所述信号测试装置的输入端与原始信号产生电路的输出端连接，信号测试装置的输出端与处理器的第二输入端连接。
2.如权利要求1所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，还包括:高稳原子钟；所述高稳原子钟连接所述信号测试装置的输入端和所述处理器的输出端。
3.如权利要求2所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，还包括:磁场修正模块；所述磁场修正模块设置在所述高稳原子钟和所述处理器之间。
4.如权利要求3所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述磁场修正模块包括:D/A转换器和压控恒流源；所述处理器通过所述D/A转换器与所述压控恒流源连接，压控恒流源与所述高稳原子钟连接。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述原始信号产生电路包括:压控振荡器和信号源；所述压控振荡器的输出端与所述信号源的第一输入端连接，信号源的第二输入端与所述处理器的第一输出端连接，信号源的第一输出端与所述信号测试装置的输入端连接，信号源的第二输出端与所述微波探询信号产生模块的输入端连接。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述信号测试装置为频稳测试仪。
7.如权利要求5所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述信号测试装置为频稳测试仪。
8.如权利要求1-4中任意一项所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述处理器为微处理器，且型号为飞利浦公司生产的LPC430。
9.如权利要求5所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述处理器为微处理器，且型号为飞利浦公司生产的LPC430。
10.如权利要求6所述的适用于原子钟的整机性能的检测系统，其特征在于，所述处理器为微处理器，且型号为飞利浦公司生产的LPC430。
专利摘要本实用新型涉及检测系统技术领域，公开了一种适用于原子钟的整机性能的检测系统，包括原始信号产生电路、信号测试装置、微波探询信号产生模块、物理系统及处理器；原始信号产生电路、微波探询信号产生模块、物理系统及处理器顺序连接，处理器的第一输出端与原始信号产生电路的输入端连接，处理器的第一输入端与微波探询信号产生模块的输出端连接；信号测试装置的输入端与原始信号产生电路的输出端连接，信号测试装置的输出端与处理器的第二输入端连接。本实用新型提供的适用于原子钟的整机性能的检测系统在不影响原子钟的长期稳定工作的基础上，对原子钟的整机性能进行了检测。
文档编号H03L7/26GK203149049SQ201320059379
公开日2013年8月21日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者雷海东 申请人:江汉大学