一种激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统

本发明涉及高频电加热电路领域，具体涉及一种激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统。

背景技术：

1、激光光泵原子磁力仪作为一种新型原子磁力仪，其中包括光泵磁强计和nmor磁强计等，在地磁环境中的高灵敏、高精度检测中具有广阔的应用前景。其测量磁场的原理为利用塞满能级分裂产生碱金属原子的磁矩，进而产生拉莫尔进动，拉莫尔进动频率和外界磁场成正比关系，可通过对原子的进动实现磁场测量。

2、激光光泵原子磁力仪在工作时，不仅需要将碱金属气室的温度加热到一定温度以保证碱金属气化以达到塞曼能级分裂发生所需要的原子密度，并且在气室加热的过程中，需要保证其不引入光泵磁强计测量范围内拉莫尔进动频率及调制频率的磁场干扰，并且保证加热控制精度，保证一定的加热功率，并且为了保证光泵磁强计的集成和小型化，需要限制加热装置的体积。

3、目前激光光泵原子磁力仪气室加热主要存在五种加热方式，即气流加热方式、间断式加热方式、双向电流加热方式、高频电加热方式和激光加热方式。其中，气流加热方式温控精度低，加热器件体积大，不利于光泵磁强计的集成和小型化，并且还存在气流干扰；间断式加热方式温控精度虽然略高于气流加热方式，但是由于其加热过程不连续，因此无法进行连续磁场测量；激光加热方式温控精度高，但是其加热功率较小，并且增加了一束光路，不利于光泵磁强计的集成和小型化；双向电流加热方式通过调整加热膜电路排布的方式使电流产生的磁场相互抵消，但是使用直流加热会引入白噪声和低频噪声，对气室的拉莫尔进动频率影响较大。

技术实现思路

1、为解决上述背景中的技术问题，本发明渴望提出一种能在高频情况下保持电加热输出功率，且同时线性功放器件高频带载能力强的加热装置。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，所述系统用于加热激光光泵原子磁力仪的碱金属气室，包括：振荡发生模块、温度检测模块、控制模块、功率输出模块和线圈加热模块；

3、所述振荡发生模块用于发射1mhz振荡信号；

4、所述温度检测模块用于对碱金属气室的温度进行测量，得到差分电压；

5、所述控制模块基于所述差分电压，对所述1mhz振荡信号进行调幅，得到所述调幅后的1mhz振荡信号；

6、所述功率输出模块用于对所述调幅后的1mhz振荡信号进行电压放大并输入至所述线圈加热模块；

7、所述线圈加热模块用于基于接收到的电压，完成对碱金属气室的加热。

8、优选的，所述振荡发生模块包括：1mhz振荡信号源、跟随调幅电路和带通滤波器；

9、所述1mhz振荡信号源用于发射所述1mhz振荡信号；

10、所述跟随调幅电路调节所述1mhz振荡信号的幅值；

11、所述带通滤波器用于对所述1mhz振荡信号进行滤波。

12、优选的，所述温度检测模块包括：恒流源发射装置、四线制pt1000温度检测器和仪表放大器电阻值检测器；所述四线制pt1000温度检测器分别与所述恒流源发射装置与所述仪表放大器电阻值检测器连接。

13、优选的，所述温度检测模块的工作流程包括：利用所述恒流源发射装置发射恒流源，并连接到所述四线制pt1000温度检测器，通过四线制消除线路电阻误差，最后通过仪表放大器电阻值检测器将所述四线制pt1000温度检测器的两端电压进行差分放大，得到所述差分电压，完成对气室温度的测量。

14、优选的，所述控制模块包括：模数转换器、控制器、数模转换器、压控增益放大器；所述控制器分别与所述模数转换器和所述数模转换器连接；所述数模转换器分别于所述压控增益放大器和所述模数转换器连接。

15、优选的，所述控制模块的工作流程包括：将所述差分电压通过所述模数转换器进行模数转换之后，输入所述控制器中，经过所述控制器处理后，通过所述数模转换器将控制量转换为温度控制信号输入至所述压控增益放大器，完成闭环控制；所述压控增益放大器基于所述温度控制信号对所述1mhz振荡信号进行调幅。

16、优选的，所述功率输出模块由四个相同的高频功率放大器组成，用于放大所述调幅后的1mhz振荡信号的电压，且保证带负载时输出功率稳定。

17、优选的，所述功率输出模块还通过拓扑电路，完成高频功率放大器额定带宽情况下最大电压输出和最大电流输出的两倍数值的最大电压输出和最大电流输出。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、本发明通过振荡信号发生电路座位振荡源，保证了输出频率的稳定性；同时利用拓扑结构提升了加热系统输出电压和电流的范围，降低了对于高频功率放大器的输出功率要求，在保证输出功率的同时提高了高频电加热的频率，可进一步提升光泵磁强计磁测量范围。

技术特征：

1.一种激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，所述系统用于加热激光光泵原子磁力仪的碱金属气室，其特征在于，包括：振荡发生模块、温度检测模块、控制模块、功率输出模块和线圈加热模块；

2.根据权利要求1所述的激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，其特征在于，所述振荡发生模块包括：1mhz振荡信号源、跟随调幅电路和带通滤波器；

3.根据权利要求1所述的激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，其特征在于，所述温度检测模块包括：恒流源发射装置、四线制pt1000温度检测器和仪表放大器电阻值检测器；所述四线制pt1000温度检测器分别与所述恒流源发射装置与所述仪表放大器电阻值检测器连接。

4.根据权利要求3所述的激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，其特征在于，所述温度检测模块的工作流程包括：利用所述恒流源发射装置发射恒流源，并连接到所述四线制pt1000温度检测器，通过四线制消除线路电阻误差，最后通过仪表放大器电阻值检测器将所述四线制pt1000温度检测器的两端电压进行差分放大，得到所述差分电压，完成对气室温度的测量。

5.根据权利要求3所述的激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，其特征在于，所述控制模块包括：模数转换器、控制器、数模转换器、压控增益放大器；所述控制器分别与所述模数转换器和所述数模转换器连接；所述数模转换器分别于所述压控增益放大器和所述模数转换器连接。

6.根据权利要求5所述的激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，其特征在于，所述控制模块的工作流程包括：将所述差分电压通过所述模数转换器进行模数转换之后，输入所述控制器中，经过所述控制器处理后，通过所述数模转换器将控制量转换为温度控制信号输入至所述压控增益放大器，完成闭环控制；所述压控增益放大器基于所述温度控制信号对所述1mhz振荡信号进行调幅。

技术总结
本发明公开了一种激光光泵原子磁力仪用大功率高频电加热系统，用于加热激光光泵原子磁力仪的碱金属气室，包括：振荡发生模块、温度检测模块、控制模块、和功率输出模块和线圈加热模块；振荡发生模块用于发射1MHz振荡信号；温度检测模块用于对碱金属气室的温度进行测量，得到差分电压；控制模块基于差分电压，对1MHz振荡信号进行调幅，得到调幅后的1MHz振荡信号；功率输出模块用于对调幅后的1MHz振荡信号进行电压放大并输入至线圈加热模块；线圈加热模块用于基于接收到的电压，完成对碱金属气室的加热。本发明通过振荡信号发生电路座位振荡源，保证了输出频率的稳定性；同时利用拓扑结构提升了加热系统输出电压和电流的范围。

技术研发人员：郑世强,任莲,刘希明,李进,李雨轩
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25