一种球形玻璃气室的制作系统及方法与流程

本发明涉及原子碱金属气室用玻璃泡制作技术领域，尤其涉及一种球形玻璃气室的制作系统及方法。

背景技术：

原子碱金属气室是多种基于气体原子与光相互作用的超高灵敏测量装置的表头，是测量设备的敏感核心，其性能的好坏从本质上决定了测量装置的灵敏度极限。现阶段所使用的碱金属气室的几何形状主要是立方体、圆柱体和球体三种。立方体气室的主要优势是制作简单，较容易保证其玻璃面的平整度，而且在入射激光与出射激光的光路调节方面都有着相对简单的特点，但是其三维对称性远不如圆柱体与球体，从而导致在立方体的面与面相交处由于原子运动与碰撞而导致的弛豫问题。

为了解决此问题，就是使用球体气室。但是，由于在现阶段的技术中，球体的制作较为困难，普遍采用人工吹制，其质量的好坏主要取决于人为的技术因素且可重复性差。即便在使用碱金属气室的诸多技术领域中，较为成熟的原子钟技术主要使用较为折中的圆柱体碱金属气室，但是在使用碱金属气室的超高灵敏物理量测量技术中，碱金属气室的几何形状缺陷而导致的测量误差，渐渐成为制约物理量测量时不可忽视的噪声。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种球形玻璃气室的制作系统及方法，通过设备加工代替人工吹制，加工成的球形玻璃气室具有高圆球度、高对称性、高可重复率以及大小可调节等优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种球形玻璃气室的制作系统，包括：通气管道和与其连通的气室，以及激光器、光纤、玻璃管、转动装置、加热装置、控制器、光源和光接收装置，以及放置在所述制作系统下方的激光反射装置；

所述玻璃管的一端固定在所述转动装置上且与所述气室连通；

所述转动装置上固定所述玻璃管的两侧分别设有一个圆孔；

所述加热装置设置在所述玻璃管的两侧，且在靠近所述玻璃管的一侧设有用于喷射氢氧焰的多个喷射口；

所述激光器与所述光纤连接，且所述激光器发出的激光经过所述光纤的传导从所述圆孔垂直向下射出，所述激光器、所述光纤、所述圆孔和所述激光反射装置共同用于检测所述玻璃管是否垂直固定在所述转动装置上；

所述控制器分别与所述激光器、所述转动装置和所述加热装置连接，用于控制所述激光器发出激光，控制所述转动装置转动，控制所述加热装置移动；

所述光源与所述控制器连接，所述光源和所述光接收装置对称地设置在所述玻璃管的受热端的两侧，且所述光源和所述光接收装置所在的平面与所述加热装置所在的平面垂直；

所述控制器还用于控制所述光源发射光束至所述玻璃管的受热端的中部位置；

所述光接收装置接收所述光束透过所述玻璃管的受热端的形成的光斑，以便用户查看所述光斑的形状。

本发明的有益效果是：通过本发明提供的球形玻璃气室的制作系统制作球形玻璃气室的可重复率高，且球形玻璃气室的大小可调节，易于量产和推广，并且在玻璃管的两侧设置光源和光接收装置，可以实时观察光束透过玻璃管的受热端的形成的光斑的形状，从而确保玻璃气室的圆球度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，当所述玻璃管的受热端产生形变化后，所述控制器根据预设的参数控制多个所述喷射口喷射不同强度的氢氧焰，对所述玻璃管的受热端进行加热。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过调整多个喷射口喷射的氢氧焰的强度，使得玻璃管的受热端的各个部位受热均匀，从而确保制得的球形玻璃气室的薄厚均匀一致。

进一步地，所述通气管道与所述气室可分离。

进一步地，多个所述喷射口与所述加热装置可分离。

采用上述进一步方案的有益效果是：方便制作系统的拆卸和组装。

进一步地，所述控制器还用于，接收并根据所述用户输入的第一操作指令，调整所述转动装置的转速以调整所述玻璃管的受热端的受热部位，接收并根据所述用户输入的第二操作指令，控制加热装置移动以调整其与所述玻璃管的受热端之间的距离。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制加热装置移动，从而调整加热装置与玻璃管的受热端之间的距离，可以通过多种手段确保玻璃管的受热端的各个部位的受热均匀，从而确保制得的球形玻璃气室具有高对称性和高圆球度。

进一步地，所述制作系统还包括：截断装置，所述截断装置设置在所述玻璃管的固定端两侧并与所述控制器连接；

当所述光斑的形状为圆形时，所述控制器根据所述用户输入的第三操作指令控制所述截断装置移动以截断所述玻璃管，完成球形玻璃气室的制作。

采用上述进一步方案的有益效果是：控制器根据用户输入的操作指令控制截断装置向内移动以截断玻璃管，方便将制得的球形玻璃气室从制作系统中取下，避免破损，降低制作成本。

进一步地，所述制作系统还包括：气泵，所述气泵设置在所述气室上且与所述控制器连接；所述控制器还用于控制所述气泵，以调整所述气室中气压的大小。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制器控制设置在气室上的气泵，从而调整气室中气压的大小，进而降低进入玻璃管中的气流的波动，减少制备过程中的影响。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种球形玻璃气室的制作方法，所述制作方法采用上述任一实施例所述的制作系统，所述制作方法包括：

控制器控制激光器发出激光，所述激光经过光纤的传导从圆孔垂直向下射出照射至激光反射装置；

当所述激光经激光反射装置反射回圆孔时，所述控制器控制转动装置开始转动，并控制喷射口开始喷射氢氧焰，以对玻璃管的受热端进行加热；

当玻璃管的受热端的产生形变化后，所述控制器根据预设的参数控制多个所述喷射口喷射不同强度的氢氧焰，对所述玻璃管的受热端进行加热；

所述控制器控制光源发射光束至所述玻璃管的受热端的中部位置，以便用户通过光接收装置观察所述光束透过所述玻璃管的受热端后形成的光斑的形状；

所述控制器根据所述用户输入的第一操作指令，调整所述转动装置的转速以调整所述玻璃管的受热端的受热部位，并根据所述用户输入的第二操作指令，控制加热装置移动以调整其与所述玻璃管的受热端之间的距离。

本发明的有益效果是：通过本发明提供的球形玻璃气室的制作方法制作球形玻璃气室的可重复率高，且球形玻璃气室的大小可调节，易于量产和推广。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述制作方法还包括：当所述光斑的形状为圆形时，所述控制器根据所述用户输入的第三操作指令控制截断装置移动以截断所述玻璃管的固定端，完成球形玻璃气室的制作。

采用上述进一步方案的有益效果是：当光斑的形状为圆形时，控制器可以根据用户输入的操作指令，控制玻璃管的固定端两侧设置的截断装置向内移动以截断玻璃管，方便将制得的球形玻璃气室从制作系统中取下，避免破损，降低制作成本。

进一步地，所述制作方法还包括：所述控制器控制气泵以调整所述气室中气压的大小。

采用上述进一步方案的有益效果是：控制器可以控制设置在气室上的气泵，从而调整气室中气压的大小，进而降低进入玻璃管中的气流的波动，减少制备过程中的影响。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种球形玻璃气室的制作系统的剖面结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种球形玻璃气室的制作系统的剖面结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种球形玻璃气室的制作系统的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种球形玻璃气室的制作方法的示意性流程图；

图5为本发明另一实施例提供的一种球形玻璃气室的制作方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

图1给出了本发明实施例提供的一种球形玻璃气室的制作系统的剖面结构示意图。如图1所示的一种球形玻璃气室的制作系统，包括：通气管道1和与其连通的气室4，以及激光器2、光纤3、玻璃管6、转动装置7、加热装置8、控制器10、光源11和光接收装置12，以及放置在所述制作系统下方的激光反射装置(附图中未示出)。

玻璃管6的一端固定在转动装置7上且与气室4连通。转动装置7上固定玻璃管6的两侧分别设有一个圆孔5。加热装置8设置在玻璃管6的两侧，且在靠近玻璃管6的一侧设有用于喷射氢氧焰的多个喷射口9。

激光器2与光纤3连接，且激光器2发出的激光经过光纤3的传导从圆孔5垂直向下射出，激光器2、光纤3、圆孔5和激光反射装置共同用于检测玻璃管6是否垂直固定在转动装置7上。控制器10分别与激光器2、转动装置7和加热装置8连接，用于控制激光器2发出激光，控制转动装置7转动，控制加热装置8移动。

光源11与控制器10连接，光源11和光接收装置12对称地设置在玻璃管6的受热端的两侧，且光源11和光接收装置12所在的平面与加热装置8所在的平面垂直。

控制器10还用于控制光源11发射光束至玻璃管6的受热端的中部位置。光接收装置12接收光束透过玻璃管6的受热端的形成的光斑，以便用户查看光斑的形状。

应理解，在该实施例中，通气管道1与气室4是可分离的。多个喷射口9与加热装置8也是可分离的。这样便于制作系统的拆卸和组装。

另外，在该实施例中，光接收装置12可以是光探测器、平面挡板或者光滑平整的墙面，只要能够方便用户观察光斑的形状即可，本发明实施例对其不作任何限定。不可否认的是，若采用光探测器，则检测结果更精准。若采用平面挡板或者光滑平整的墙面，与光探测器相比，检测结果的准确度会降低一些。然而，显而易见的是：无论在本发明实施例中采取哪种作为光接收装置，其与其他器件配合制作而成的玻璃气室，其圆球度都要高于传统人工吹制得到的玻璃气室的圆球度。

基于上述实施例中的球形玻璃气室的制作系统，通过在转动装置上固定玻璃管的两侧分别设一个圆孔，并利用激光从该圆孔中射出，从而检测玻璃管是否垂直固定在转动装置上，进而确保制得的球形玻璃气室具有高对称性。通过在加热装置的靠近玻璃管的一侧设置可调的喷射氢氧焰的多个喷射口，从而使制得的球形玻璃气室具有高圆球度，并通过增加光源，使其发射的光束透过玻璃管的受热端所形成的光斑被光接收装置接收呈现，根据光斑的形状调整转动装置的转速，控制加热装置的移动距离以及多个喷射口喷射的氢氧焰的强度，从而确保制得的球形玻璃气室的圆球度更高。

通过本发明提供的球形玻璃气室的制作系统制作球形玻璃气室的可重复率高，且球形玻璃气室的大小可调节，易于量产和推广。

需要说明的是，在该实施例中，若加热装置8设置在玻璃管6的左右两侧(如图1中的a所示)，那么光源11和光接收装置12分别设置在玻璃管6的前后(如图1中的b所示)。应理解，若光源11设置在玻璃管6的前方侧，则光接收装置12位于玻璃管6的后方侧，反之亦可行，本发明实施例对此并不做任何限定。

还需要说明的是，在该实施例中，激光反射装置可以包括水银、激光反射器、激光反射板、激光反射镜等，在本发明实施例中可以采用上述任一种作为激光反射装置，本发明实施例对此并不做任何限定。

可选地，作为本发明的一个实施例，如图2所示，当玻璃管6的受热端产生形变化后，控制器10根据预设的参数控制多个喷射口9喷射不同强度的氢氧焰，对玻璃管6的受热端进行加热。

在该实施例中，当玻璃管的受热端产生形变化后，可以通过调整多个喷射口喷射的氢氧焰的强度，使得玻璃管的受热端的各个部位受热均匀，从而确保制得的球形玻璃气室的薄厚均匀一致。

可选地，作为本发明的另一个实施例，控制器10还用于，接收并根据用户输入的第一操作指令，调整转动装置7的转速以调整玻璃管6的受热端的受热部位，接收并根据用户输入的第二操作指令，控制加热装置8移动以调整其与玻璃管6的受热端之间的距离。

在该实施例中，玻璃管随着转动装置的转动而转动，玻璃管的受热端的受热部位也不断变化。当控制器根据操作指令调整转动装置的转速，则玻璃管的受热端的受热部位变化的速度也随之调整，还可以通过控制加热装置在水平方向上移动，从而调整加热装置与玻璃管的受热端之间的距离，可以通过多种手段确保玻璃管的受热端的各个部位的受热均匀，从而确保制得的球形玻璃气室具有高对称性和高圆球度。

可选地，作为本发明的另一个实施例，如图3所示，制作系统还包括：截断装置13。截断装置13设置在玻璃管6的固定端两侧并与控制器10连接。当光斑的形状为圆形时，控制器10根据用户输入的第三操作指令控制截断装置13移动以截断玻璃管6，完成球形玻璃气室的制作。

在该实施例中，通过在玻璃管的固定端两侧设置截断装置，从而在光斑的形状为圆形时，可以由控制器根据用户输入的操作指令控制截断装置向内移动以截断玻璃管，就可以完成球形玻璃气室的制作了，方便将制得的球形玻璃气室从制作系统中取下，避免破损，降低制作成本。

可选地，作为本发明的另一个实施例，如图3所示，制作系统还包括：气泵14。气泵14设置在气室4上且与控制器10连接。控制器10还用于控制气泵14，以调整气室4中气压的大小。

在该实施例中，通过控制器控制设置在气室上的气泵，从而调整气室中气压的大小，进而降低进入玻璃管中的气流的波动，减少制备过程中的影响。

需要说明的是，上述各实施例中，控制器10与其他器件或设备之间的连接线并未示出，附图1至图3中着重体现了各部件之间的位置关系。但是，显然这些器件之间的连接关系已经用文字表述清楚，因此，即便附图中未示出，也不会对本发明实施例的技术方案的理解构成影响。

另外，由于图2和图3所示的制作系统是在图1所示的制作系统的结构上增加器件或者是玻璃管变化，因此，相同器件或设备的标号省略未示出。

上文结合图1至图3，详细描述了根据本发明实施例的球形玻璃气室的制作系统，下面结合图4和图5，详细描述了根据本发明实施例的球形玻璃气室的制作方法。

图4给出了本发明实施例提供的一种球形玻璃气室的制作方法100的示意性流程图。如图4所示的一种球形玻璃气室的制作方法100采用如上述各个实施例中的制作系统。制作方法100包括：

110、控制器控制激光器发出激光，激光经过光纤的传导从圆孔垂直向下射出照射至激光反射装置表面。

120、当激光经激光反射装置表面反射回圆孔时，控制器控制转动装置开始转动，并控制喷射口开始喷射氢氧焰，以对玻璃管的受热端进行加热。

130、当玻璃管的受热端的产生形变化后，控制器根据预设的参数控制多个喷射口喷射不同强度的氢氧焰，对玻璃管的受热端进行加热。

140、控制器控制光源发射光束至玻璃管的受热端的中部位置，以便用户通过光接收装置观察光束透过玻璃管的受热端后形成的光斑的形状。

150、控制器根据用户输入的第一操作指令，调整转动装置的转速以调整玻璃管的受热端的受热部位，并根据用户输入的第二操作指令，控制加热装置移动以调整其与玻璃管的受热端之间的距离。

基于上述实施例中的球形玻璃气室的制作方法，利用激光从转动装置上固定玻璃管的两侧分别设置的圆孔中射出，从而检测玻璃管是否垂直固定在转动装置上，进而确保制得的球形玻璃气室具有高对称性。通过控制设置在加热装置的靠近玻璃管的一侧的喷射氢氧焰的多个喷射口，从而使制得的球形玻璃气室具有高圆球度，并通过控制光源，使其发射的光束透过玻璃管的受热端所形成的光斑被光接收装置接收呈现，根据光斑的形状调整转动装置的转速，控制加热装置的移动距离以及多个喷射口喷射的氢氧焰的强度，从而确保制得的球形玻璃气室的圆球度更高。

通过本发明提供的球形玻璃气室的制作方法制作球形玻璃气室的可重复率高，且球形玻璃气室的大小可调节，易于量产和推广。

可选地，作为本发明的一个实施例，如图5所示，制作方法100还包括：

160、当光斑的形状为圆形时，控制器根据用户输入的第三操作指令控制截断装置移动以截断玻璃管的固定端，完成球形玻璃气室的制作。

在该实施例中，当光斑的形状为圆形时，控制器可以根据用户输入的操作指令，控制玻璃管的固定端两侧设置的截断装置向内移动以截断玻璃管，就可以完成球形玻璃气室的制作了，方便将制得的球形玻璃气室从制作系统中取下，避免破损，降低制作成本。

可选地，作为本发明的一个实施例，如图5所示，制作方法100还包括：

170、控制器控制气泵以调整气室中气压的大小。

在该实施例中，控制器可以控制设置在气室上的气泵，从而调整气室中气压的大小，进而降低进入玻璃管中的气流的波动，减少制备过程中的影响。

应理解，在本发明各实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

需要说明的是，在该实施例中，步骤170与步骤130-150的执行没有时间上的先后顺序，可以并列执行，可以按照附图中的顺序执行，还可以先执行步骤130-150再执行步骤170，只要符合内在的逻辑即可，本发明对此不作限定。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。