基于螺旋管的磁感应系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于原子频标技术领域，特别设及一种基于螺旋管的磁感应系统。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，一台频标长时间连续工作时，其输出频率值随着时间推移会缓慢地 变化，甚至会单方向变化。对于原子频标而言称为单位时间内的漂移量称为漂移率，或老化 率。频率漂移率是频标的一项重要指标，它表示一台频标在连续工作一段时间后，开始工作 时频率准确度的能力。虽然从目前的本领域的科研探讨方面看，有许多减小漂移的方法，但 是对于固定的一台频标而言，长期工作后仍然会有漂移现象，对于多台频标而言，由于不同 的物理系统、不同的电路结构或者是电路性能，所W很难用同一方法对漂移进行修正，而是 需要针对某一台具体的物理系统和电路内部的结构来采取不同的方法来修正。鉴于此，如 何提出一种智能化的钢频标漂移自检修复方法，使其通过外围检测环节探测频标自身的漂 移量，在不影响整机短期频率稳定度指标的前提下，修正整机漂移，是本实用新型继续解决 的技术问题。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型提供一种基于螺旋管的磁感应系统，解决了或部分解决了现有技术中 的上述技术问题。
[0004] 依据本实用新型的一个方面，提供了一种基于螺旋管的磁感应系统，包括:钢原子 频标物理系统;隔离放大器，所述隔离放大器与所述钢原子频标物理系统连接;稳定度测试 仪，所述稳定度测试仪与所述隔离放大器连接，且所述稳定度测试仪接收高稳时钟信号;微 处理器，所述微处理器与所述稳定度测试仪连接;D/A转换器，所述D/A转换器与所述微处 理器连接，磁场恒流源驱动模块，所述磁场恒流源驱动模块分别与所述D/A转换器和所述钢 原子频标物理系统连接。
[0005] 可选的，所述磁场恒流源驱动模块包括:恒流源调整器;磁场线圈，所述磁场线圈 与采样电阻连接，W输出采样电压;运算放大器，所述运算放大器与所述磁场线圈连接，W 接收所述采样电压并放大;差分放大器，所述差分放大器分别与所述运算放大器、所述恒流 源调整器和所述微处理器连接。
[0006] 可选的，所述采样电阻是由儘铜材料制作而成。
[0007] 可选的，所述差分放大器是选用精密运放化07;和/或，所述运算放大器是选用低 噪声运放AD797。
[000引有益效果：
[0009]本实用新型提供的一种基于螺旋管的磁感应系统，通过隔离放大器与钢原子频标 物理系统连接;稳定度测试仪与隔离放大器连接，且所述稳定度测试仪接收高稳时钟信号； 微处理器与稳定度测试仪连接;D/A转换器与微处理器连接，磁场恒流源驱动模块分别与D/ A转换器和钢原子频标物理系统连接。实现了通过外围检测环节探测频标自身的漂移量，在 不影响整机短期频率稳定度指标的前提下，修正整机漂移，具有操作简单、适用性广的特 点。
【附图说明】
[0010] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 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W根据运 些附图获得其他的附图。
[0011] 图1为本实用新型实施例提供的基于螺旋管的磁感应系统的整体结构示意图；
[0012] 图2为本实用新型实施例提供的基于螺旋管的磁感应系统中，磁场恒流源驱动模 块的整体结构框图；
[0013] 图3为本实用新型实施例提供的钢频标漂移自检修复的方法的整体流程示意图；
[0014] 图4为本实用新型实施例提供的钢频标漂移自检修复的装置的整体结构框图；
[0015] 图5为本实用新型实施例提供的基于螺旋管的磁感应系统中，由螺旋管电流的方 式制备磁场的原理结构示意图；
[0016] 图6为本实用新型实施例提供的基于螺旋管的磁感应系统中，磁场恒流源驱动模 块的内部电路原理图；
【具体实施方式】
[0017] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属 于本实用新型保护的范围；其中本实施中所设及的"和/或"关键词，表示和、或两种情况，换 句话说，本实用新型实施例所提及的A和/或B，表示了 A和B、A或B两种情况，描述了 A与B所存 在的=种状态，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与B。
[001引同时，本实用新型实施例中，当组件被称为"固定于"另一个组件，它可W直接在另 一个组件上或者也可W存在居中组件。当一个组件被认为是"连接"另一个组件，它可W是 直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是"设置于"另一个 组件，它可W是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本实用新型实施例 中所使用的术语"垂直的"、"水平的"、"左"、"右"W及类似的表述只是为了说明目的，并不 是旨在限制本实用新型。
[0019] 参见图1-2,本实用新型的一个实施例提出了一种基于螺旋管的磁感应系统，包 括:钢原子频标物理系统101;隔离放大器102,所述隔离放大器102与所述钢原子频标物理 系统101连接;稳定度测试仪103,所述稳定度测试仪103与所述隔离放大器102连接，且所述 稳定度测试仪103接收高稳时钟信号;微处理器104,所述微处理器104与所述稳定度测试仪 103连接;D/A转换器105,所述D/A转换器105与所述微处理器104连接，磁场恒流源驱动模块 106,所述磁场恒流源驱动模块106分别与所述D/A转换器105和所述钢原子频标物理系统 101连接。
[0020] 具体而言，钢原子频标物理系统101输出信号(整机频率)经隔离放大器102后，一 路用作输出用，另一路送至频率漂移、稳定度测试仪103中，与高稳时钟信号做对比，得出原 始频差A f，假如钢频标的输出频率值不变的话，即不存在频率漂移因素，则A f就为定值， 一旦存在漂移则A f发生变化，运也就是在本实用新型实施例中所谓的频率稳定度及漂移 测试的依据。值得一提的是，本实用新型实施例中频标的漂移量W日为单位，频率漂移、稳 定度测试仪103W日为单位将钢原子频率的漂移量通过RS232口传递给微控制器104。
[0021] 需要说明的是，集成泡中的钢原子的基态超精细0-0跃迁频率即是钢原子频标的 鉴频参考频率fo。集成滤光共振泡内的钢原子运动方向是杂乱无章的，加上一个固定电流 大小及方向的磁场（即C场），能够很好的起到"原子分裂"及"量子化轴"的作用。对于 87Rb原 子非0-0跃迁而言，其频率对磁场H较为敏感，而对于0-0跃迁而言，其频率时仅与H的二次 方成正比，与H的一次方无关，对外界磁场较不敏感，即：f = f〇巧74.14H2,此公式在本实用新 型实施例中可作为式1。式1中fo为外界磁场为零时的频率，f是外界磁场为H时的共振频率。 式1中H(磁场)的单位为"高斯"，f (共振频率)的单位为"赫兹"。在式1中对H进行求导得壯= 1148.28HdH，此公式在本实用新型实施例中可作为式2。式2两边除W原子共振中屯、频率fo， 对于钢原子频标而言，本实用新型实施例取f0 = 6834.6875M化，则有壯处0 = 1.68 X 10-7HdH，此公式在本实用新型实施例中可作为式3,式3左边代表原子频标的频率稳定度，而右 边反映了腔泡系统中总磁场大小的变化。同时，本实用新型实施例中，在被动型钢原子频标 中，系统所需C场的制法采用螺旋管电流方式，可如图5所示。根据右手螺旋定则，电流产生 的磁场方向可W方便地给出。其大小可用下列公式计算：
此公式在本实用新型实施例中可作为式4。其中，n为线圈单位长度应数，I为通电电流，^ 为一常数值10-7。通电螺线管轴线上离中屯、点X处点A，
对于线圈单位长度应数n，假设实际C场绕线的圈数为m，绕线的 半径为r，则相应的n计算公式为：
此公式在本实用新型实施例中 可作为式5。采用国际单位制，式4及5中各参数的单位如下:磁感应强度化）：特斯拉、电流强 度（I):安培、长度单位化、Rl、x):米。需要指出的是，式1中所提及的磁感应强度H，用"高斯" 作单位，转换关系是:1特斯拉= 104高斯。
[0022] 最后，根据公式3和4就可W得出相应的"漂移量df-C场电流量r的对应关系，其 中漂移量通过频率漂移、稳定度测试仪103测量得到，通过串行通讯方式传递给微处理器 104;而C场电流量I通过A/D转换器采集采样电阻上的电压量来反映给微处理器104,运样在 微处理器104内部就可W建立一个"漂移量壯一C场电流量r参照量表。微控制器104根据事 先存储的"漂移量df-C场电流量r参照量，选择相应的D/A电压控制量数字式设定值经D/A 模块后送至磁场恒流源驱动模块106中。需要注意的是，此时微控制器104每一次输出的修 正量要远小于频率漂移、稳定度测试仪103检测出的钢原子频率漂移量，因为过大的修正极 有可能造成钢频标输出频率的跳变，从而影响整机的短期频率稳定度指标。举个例子:对于 一台高精稳的钢原子频标而言，假定它的日稳定度及日漂移为1E-14量级，那么每次的修 正量应该远小于化一14,可W选择祀一15进行修正。
[0023] 在本实用新型实施例中，对于磁场恒流源驱动模块106而言，请继续参见图2所示， 所述磁场恒流源驱动模块106至少包括:恒流源调整器1065;磁场线圈1062，所述磁场线圈 1062与采样电阻1061连接，W输出采样电压;运算放大器1063,所述运算放大