专利名称：一种测量腔泡系统控温因子的装置及方法
技术领域：
本发明涉及原子钟领域，特别涉及一种测量腔泡系统控温因子的装置及方法。
背景技术：
原子钟的腔泡系统是原子钟的重要组成部分，主要用于在微波探询信号的作用下，完成原子的共振跃迁。由于参与共振跃迁的原子封装在腔泡系统中，为了原子钟快速锁定稳定工作，要求腔泡系统能够尽快进入稳定工作状态。一般地，由于原子汽化后能够更好地与微波探询信号相互作用，且原子钟工作环境的温度变化将影响原子共振频率；因此，整个腔泡系统都应该恒温。在实际应用中，为了使腔泡系统工作环境的温度稳定，将为腔泡系统设置温控装置。该温控装置用于实时测量腔泡系统的实际温度，当腔泡系统的实际温度高于预定温度时，对腔泡系统进行降温；反之，当腔泡系统的实际温度低于预定温度时，对腔泡系统进行加热。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题为了使原子钟能够长期稳定工作，原子钟整机包括内部的腔泡系统部件需放置在恒温环境中。由于原子钟整机的工作环境温度与腔泡系统的工作温度不一致，可能导致原子钟整机的恒温环境影响腔泡系统的工作温度，因此，腔泡系统的温控装置需精确调节腔泡系统的温度，以使腔泡系统的工作温度稳定。为了衡量腔泡系统的温控装置在恒温环境下的控温性能，以更好地设计腔泡系统的控温装置及原子钟整机，需测量腔泡系统的控温因子。
发明内容
为了测量腔泡系统的控温因子，本发明实施例提供了一种测量腔泡系统控温因子的装置及方法。所述技术方案如下一种测量腔泡系统控温因子的装置，所述装置包括用于控制原子钟的工作环境温度的恒温箱、以及用于控制所述腔泡系统的工作温度的温控模块，所述装置还包括用于当所述原子钟的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度为预设值时，以及当所述原子钟的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述原子钟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；用于当所述原子钟的预定工作环境温度为所述第一工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度为所述预设值时，以及当所述原子钟的预定工作环境温度为所述第二工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述腔泡系统的实际工作温度，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；以及用于设置所述原子钟的预定工作环境温度和所述腔泡系统的预定工作温度，并根据测得的所述原子钟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、以及所述腔泡系统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，所述原子钟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O. 1°C。其中，所述第二测温模块为热敏电阻；所述温控模块包括两个对称电阻、数字电位计、三极管、保护电阻、加热丝、第一电源和第二电源；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第二测温模块的一端连接；所述数字电位计的另一端与所述第二测温模块的另一端连接；所述两个对称电阻的连接点接地；所述数字电位计与所述第二测温模块的连接点与所述第一电源连接；所述加热丝缠绕在所述腔泡系统中微波腔的外壁上；所述三极管的基极连在所述第二测温模块和与所述第二测温模块相邻的所述对称电阻之间；所述三极管的集电极、所述加热丝的一端和所述保护电阻的一端相互连接；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的连接点、以及所述加热丝的另一端相互连接；所述三极管的发射极接地；所述保护电阻的另一端与所述第二电源连接。其中，所述加热丝为拧麻花密绕的双层漆包线。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，所述控温因子根据以下公式计算
权利要求
1.一种测量腔泡系统控温因子的装置，所述装置包括用于控制原子钟的工作环境温度的恒温箱、以及用于控制所述腔泡系统的工作温度的温控模块，其特征在于，所述装置还包括 用于当所述原子钟的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度为预设值时，以及当所述原子钟的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述原子钟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； 用于当所述原子钟的预定工作环境温度为所述第一工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度为所述预设值时，以及当所述原子钟的预定工作环境温度为所述第二工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述腔泡系统的实际工作温度，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 用于设置所述原子钟的预定工作环境温度和所述腔泡系统的预定工作温度，并根据测得的所述原子钟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、以及所述腔泡系统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，所述原子钟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O.1°C。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二测温模块为热敏电阻；所述温控模块包括两个对称电阻、数字电位计、三极管、保护电阻、加热丝、第一电源和第二电源；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第二测温模块的一端连接；所述数字电位计的另一端与所述第二测温模块的另一端连接；所述两个对称电阻的连接点接地；所述数字电位计与所述第二测温模块的连接点与所述第一电源连接；所述加热丝缠绕在所述腔泡系统中微波腔的外壁上；所述三极管的基极连在所述第二测温模块和与所述第二测温模块相邻的所述对称电阻之间；所述三极管的集电极、所述加热丝的一端和所述保护电阻的一端相互连接；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的连接点、以及所述加热丝的另一端相互连接；所述三极管的发射极接地；所述保护电阻的另一端与所述第二电源连接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述加热丝为拧麻花密绕的双层漆包线。
5.如权利要求1-4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。
6.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述控温因子根据以下公式计算
7.如权利要求1-4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。
8.一种测量腔泡系统控温因子的方法，其特征在于，所述方法包括 当原子钟的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度为预设值时，分别测量所述原子钟的实际工作环境温度和所述腔泡系统的实际工作温度，得到所述原子钟的第一实际工作环境温度和所述腔泡系统的第一实际工作温度； 当所述原子钟的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述腔泡系统的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述原子钟的实际工作环境温度和所述腔泡系统的实际工作温度，得到所述原子钟的第二实际工作环境温度和所述腔泡系统的第二实际工作温度; 根据所述原子钟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、以及所述腔泡系统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。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控温因子根据以下公式计算
全文摘要
本发明公开了一种测量腔泡系统控温因子的装置及方法，属于原子钟领域。装置包括恒温箱；温控模块；用于当原子钟的预定工作环境温度为第一工作环境温度且腔泡系统的预定工作温度为预设值时，以及当原子钟的预定工作环境温度为第二工作环境温度且腔泡系统的预定工作温度维持预设值不变时，分别测量原子钟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；用于分别测量腔泡系统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、以及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。本装置测量腔泡系统控温因子。
文档编号G05D23/24GK103034260SQ201210507680
公开日2013年4月10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, 詹志明 申请人:江汉大学