一种原子气室碱金属位置调整装置的制作方法

本发明涉及原子气室制备技术领域，具体涉及一种原子气室的抗弛豫方法，将服务于基于光与原子相互作用的超高灵敏测量装置。

背景技术：

核磁共振陀螺仪是利用原子核磁矩在磁场中的拉莫尔进动作为参照，实现对惯性载体的角速度进行测量的一种原子陀螺仪。而原子气室是核磁共振陀螺仪的敏感表头，是整个系统的核心部件。原子气室中的惰性气体原子的弛豫时间是衡量原子气室品质的一个重要参数。弛豫时间越长，核磁共振陀螺仪的精度越高。因此如何提高原子气室的弛豫时间，成为核磁共振陀螺仪领域，非常重要的一个研究方向。目前国内外使用的原子气室，在制作好以后，使用之前，并未做类似的碱金属位置调整的处理，或者仅仅是利用热风枪烘烤短暂的时间，以使得同光面上没有大量的碱金属附着。这样的碱金属气室，在使用的时候，往往无法实在其最优的特性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提升核磁共振陀螺仪的原子气室中惰性气体核子的弛豫时间。本发明同时可以提高原子气室的通光性能，并降低原子气室的惰性气体原子核的电四极分裂，从而明显提升了核磁共振陀螺仪的性能指标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种原子气室碱金属位置调整装置，包括加热片(1)、上部导热硅胶模具(2)、原子气室(3)、下部导热硅胶模具(4)、TEC制冷片(5)、用于加热片PID控制的温度传感器(6)、隔热片(7)、用于TEC制冷片PID控制的温度传感器(8)、加热片(1)的PID温度控制系统和TEC制冷片(5)的PID温度控制系统。其中，TEC制冷片(5)位于整个装置的最下方，在其上方放置下部导热硅胶模具(4)，并在该模具上表面铺一层隔热片(7)。下部导热硅胶模具(4)和隔热片(7)中间挖有凹槽，凹槽大小与气室尾管大小相同。偏离下部导热硅胶模具中间的位置还挖有小孔，放置用于TEC制冷片PID控制的温度传感器(8)。原子气室(3)的腔体部分在隔热片(7)的上方，原子气室(3)尾管向下放置，尾管部分放置在凹槽中。上部导热硅胶模具(2)中间留有与原子气室(3)腔体部分尺寸相同的凹槽，将原子气室(3)嵌入该凹槽中，上部导热硅胶模具(2)的下表面与隔热片(7)相互贴紧。上部导热硅胶模具(2)偏离中心的位置也挖有小孔，放置了用于加热片PID控制的温度传感器(6)。将五片加热片(1)分别贴在上部导热硅胶模具(2)的前面，后面，左面，右面和上面。

所述TEC制冷片(5)在通电之后，由于珀尔帖效应将TEC制冷片(5)的上表面热量传递到TEC制冷片(5)的下表面，从而使上表面温度低于室温。TEC制冷片(5)的上表面与下部导热硅胶模具(4)直接接触，从而使原子气室(3)尾管部分的温度降低，加大了原子气室的上下部分的温差。

所述加热片(1)和TEC制冷片(5)都采用了PID温度控制。用于加热片PID控制的温度传感器(6)为PT100热敏电阻，连接到加热片(1)的PID温度控制器作为输入，PID温度控制器的输出信号传给一个SSR固态继电器，控制加热片(1)供电的通断，从而将原子气室(3)腔体部分的温度稳定在加热片(1)的PID温度控制系统设定的温度上。

采用所述的原子气室碱金属位置调整装置，实现碱金属位置调整的方法，包括以下步骤：

步骤1)、设备组装，按照自下而上的顺序，将设备的各个部件组装起来。

步骤2)、放置气室，将隔热片(7)放置在下部导热硅胶模具(4)上面，将原子气室(3)尾部安装在下部导热硅胶模具(4)中间，将上部导热硅胶模具(2)盖在原子气室(3)上面，将上部导热硅胶模具(2)向下压紧。

步骤3)、设定PID温度，加热片(1)的PID温度控制系统和TEC制冷片(5)的PID温度控制系统分别设定好相应的温度值。

步骤4)、设备工作，打开加热片及TEC制冷片的供电电源，加热片(1)、TEC制冷片(5)在各自的PID温度控制系统的控制下，开始工作。上部加热，下部制冷。

步骤5)、关闭电源，使设备停止工作。

步骤6)、取出气室。待温度降至室温后，取出原子气室。

与现有技术相比，本发明的优点在于：与当前各种提升原子气室弛豫时间的方法相比较，本发明原理简单，效果显著，装置构便于搭建，方法易于实施。

附图说明

图1为本发明的所涉及装置的示意图。

图2本发明所涉及装置的上下两部分示意图。

图3碱金属位置调整操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细介绍：

一种原子气室碱金属位置调整装置，包括加热片(1)、上部导热硅胶模具(2)、原子气室(3)、下部导热硅胶模具(4)、TEC制冷片(5)、用于加热片PID控制的温度传感器(6)、隔热片(7)、用于TEC制冷片PID控制的温度传感器(8)。其中，TEC制冷片(5)位于整个装置的最下方，TEC制冷片(5)的下表面与一套散热系统链接，以保证TEC制冷片(5)的正常工作。在TEC制冷片(5)上面放置下部导热硅胶模具(4)，并在该模具上表面铺一层隔热片(7)。下部导热硅胶模具(4)和隔热片(7)中间挖有凹槽，其大小与其实尾管大小相同。偏离下部导热硅胶模具中间的位置还挖有小孔，用于放置TEC制冷片PID控制的温度传感器(8)。原子气室尾管向下放入下部导热硅胶模具(4)中间预留的凹槽里面。气室腔体部分在隔热片(7)以上。上部导热硅胶模具(2)中间留有与气室腔体部分尺寸相同的凹槽，将上部导热硅胶模具盖在原子气室(3)上面，其下表面与隔热片(7)相互贴紧。上部导热硅胶模具(2)中心附近挖有小孔，放置了用于加热片PID控制的温度传感器(6)。如图2所示，将五片加热片(1)分别贴在上部导热硅胶模具(2)的前、后、左、右、上，五个面。

顶部加热片的尺寸为10mm*10mm*2mm。侧面贴有四个加热片，尺寸均为5mm*10mm*2mm。上部导热硅胶模具(2)是柔性材料，形状不易保持，因此在示意图所示部分之外，使用了一个卡箍将前后左右四个面上的加热片压紧在导热硅胶模具表面。小型化核磁共振陀螺仪使用的玻璃材料原子气室的尺寸为4mm*4mm*4mm，壁厚0.5mm。TEC制冷片(5)的上表面为制冷面，下表面为制热面，下方有一套散热系统为TEC制热面散热，以确保TEC制冷片正常工作。用于加热片PID控制的温度传感器(6)使用的是PT100热敏电阻，具有很好的测温精度。隔热片(7)采用的是隔热效果良好的硅酸铝陶瓷纤维垫片。

采用所述的原子气室碱金属位置调整装置，实现碱金属位置调整的方法，具体步骤如图3所示。

步骤1)、设备组装。首先，将TEC制冷片及其散热系统水平放置在实验台上，将下部导热硅胶模具(4)放置在TEC制冷片(5)上方，将温度传感器(8)插入下部导热硅胶模具(4)的小孔中。然后在下部导热硅胶模具(4)的上表面铺上隔热片(7)。将温度传感器(6)插入上部导热硅胶模具(2)的小孔中，利用卡箍将前、后、左、右四个面上的加热片(1)压紧，将上面的加热片(1)贴在上部导热硅胶模具(2)的上表面，使(1)(2)(6)构成一个盖子，如图2所示。图2中，上部包含加热片(1)上部导热硅胶模具(2)温度传感器(6)以及卡箍，下部包含下部导热硅胶模具(4)TEC制冷片(5)用于TEC制冷片PID控制的温度传感器(8)。

步骤2)、放置气室。将需要处理的原子气室(3)尾管向下放入下部导热硅胶模具(4)中间预留的凹槽。将由(1)(2)(6)构成的盖子，盖在原子气室(3)的上方，并向下压紧，以保证良好的接触。

步骤3)、设定PID温度。开启PID温度控制器，将加热片的PID温度控制器的温度设置为300摄氏度，将TEC制冷片的PID温度控制器的温度设定在0摄氏度。

步骤4)、设备工作。打开加热片及TEC制冷片的供电电源，使加热片和TEC制冷片在各自的PID温度控制器的控制下，开始工作。随着原子气室上半部分腔体部分温度的升高，腔体内表面附着的碱金属将缓慢蒸发，由于此时原子气室的尾管部分在TEC制冷片的作用下，保持在较低的温度，气室中的气态碱金属在这个位置冷凝，留在尾管内部。持续工作十分钟，原子气室腔体中的碱金属便会全部收集到尾管当中。

步骤5)、关闭电源，使设备停止工作。

步骤6)、取出气室。待原子气室温度降低到室温，即可将处理好的原子气室取出，安装到核磁共振陀螺仪或者磁强计设备当中去。