专利名称：铷原子频标的低功耗光谱灯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及被动型铷原子频标领域，更具体地涉及一种铷原子频标的低功耗光谱灯装置。
背景技术：
原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源，已广泛应用于卫星的定位、 导航和通信、仪器仪表以及天文等领域。而铷原子频标因其具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优势而成为目前应用最为广泛的原子频标。其中，产生抽运光的光谱灯是原子频标的关键部件，它的性能对原子频标的短期和长期频率稳定度有着直接的影响。通常，光谱灯装置包括内部充有金属铷和起辉气体的光谱灯、激励光谱灯产生抽运光的射频振荡电路、罩在光谱灯上的恒温套以及用于控制恒温套使光谱灯保持恒温的恒温控制电路。一般，起辉气体为激发电位低、化学性质不活泼的惰性气体，例如氩气和氪气。在光谱灯启动的初始时刻，射频振荡电路产生的高频电场使光谱灯中的起辉气体电离发光。电离后的起辉气体离子在高频磁场的作用下在光谱灯内作高速螺旋运动。光谱灯内的温度在恒温控制电路和等离子体加热效应的作用下升至120°左右的恒温点上，而光谱灯内的金属铷形成单质铷原子饱和蒸气。高速运动的起辉气体离子和蒸气状的铷原子发生碰撞，使铷原子获得能量进入高能级，然后从高能级跃迁至低能级，释放出光子。通常，在将光谱灯中的起辉气体从常态电离至电离态的过程中，需要射频振荡电路提供较大的激励功率，但是，当光谱灯启动后，维持光谱灯正常运行所需的激励功率比较小。然而，在现有的射频振荡电路中，由于没有设置任何开关电路控制射频振荡电路提供的激励功率，因而当光谱灯启动后，射频振荡电路仍然提供较大的激励功率，从而导致激励功率多余。而多余的激励功率会带来如下影响第一，由于激励功率大，相应地导致射频振荡电路中的晶体管消耗的功率也大，因而容易造成晶体管过热，影响晶体管的输出，从而降低了原子频标的稳定性；第二，由于相当一部分多余的激励功率会以辐射的方式释放出来，它将对整个铷原子频标的整机系统造成干扰，从而引起电磁兼容的问题。另外，对于星载用的原子频标而言，由于星载用的原子频标工作在外层空间，卫星可使用的能量很有限，因而， 现有的射频振荡电路的激励方式会造成多余激励功率的浪费。为了解决上述问题，常用方法是在光谱灯的电源电路中接入一个手动开关，在光谱灯的启动前，触动手动开关给射频振荡电路提供高电源电压，从而给光谱灯提供较大的激励功率，使光谱灯迅速起辉。然后，触动手动开关给光谱灯提供较低的电源电压，使激励功率降低至正常态，保持光谱灯正常工作。然而，这样的控制方式导致使用非常不方便。因此，有必要提供一种使用方便且功耗低的光谱灯装置来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功耗低、使用方便且可提高原子频标输出频率稳定性的铷原子频标的低功耗光谱灯装置。为了实现上述目的，本发明提供了一种铷原子频标的低功耗光谱灯装置，包括光谱灯、激励所述光谱灯产生抽运光的射频振荡电路、罩在所述光谱灯上的恒温套以及用于控制所述恒温套使所述光谱灯保持恒温的恒温控制电路，所述射频振荡电路包括依次连接的滤波电路、放大电路以及振荡选频电路，所述放大电路包括晶体管、第一偏置电阻、第二偏置电阻和正温度系数热敏电阻，所述第一偏置电阻连接在所述晶体管的集电极和基极之间，所述第二偏置电阻与所述第一偏置电阻串联，所述正温度系数热敏电阻与所述第二偏置电阻并联，且所述正温度系数热敏电阻设于所 述恒温套中。优选地，所述振荡选频电路包括反馈电容、第一电容、激励线圈、第二电容以及第一电感，所述反馈电容连接在所述晶体管的发射极和基极之间，所述第一电感的两端分别与所述反馈电容的一端和地连接，所述第一电容和所述激励线圈依次与所述反馈电容的另一端相连并通过所述第二电容接地，所述光谱灯设于所述激励线圈中。优选地，所述铷原子频标的低功耗光谱灯装置还包括中性滤光片，所述中性滤光片设于所述光谱灯的前方。所述中性滤光片可保证即不大范围的改变光谱灯的光强又不改变光谱灯的温度的情况下，将光谱灯发出的光衰减到所需的光强，从而减小铷原子频标的光频移，进而提高铷原子频标输出频率的稳定性。优选地，所述中性滤光片为透明塑料。一方面，由于透明塑料比较薄，因而能够方便地置入光谱灯装置中；另一方面，由于单片的透明塑料对光的衰减率比较小，因而，透明塑料可对光进行比较精细的调节。优选地，所述铷原子频标的低功耗光谱灯装置还包括凸透镜，所述凸透镜设于所述中性滤光片的前方。由于凸透镜可增加透过的光，因而，可提高光的利用率。与现有技术相比，一方面，由于放大电路中正温度系数热敏电阻的阻值可实时根据光谱灯环境温度的升高而增加，这样，在光谱灯的启动阶段，热敏电阻阻值很小，从而使晶体管提供的激励功率很大，能够快速启动光谱灯；当光谱灯启动后，光谱灯恒温区的温度不断上升，热敏电阻阻值不断变大，从而使晶体管提供的激励功率迅速减小，直到光谱灯恒温区的温度达到恒温点并处于正常工作状态后，热敏电阻的阻值则保持不变，使得晶体管提供的激励功率维持在较小的状态，由此可以看出，不仅在光谱灯的启动阶段而且在光谱灯正常工时，晶体管提供的激励功率都比较小，因而，可降低光谱灯装置的功耗。另一方面， 由于晶体管集电极的电流随着温度的升高而增加，正温度系数热敏电阻的阻值随着温度的升高而增加，从而使晶体管集电极的电流减小，因而可补偿因温度增加而引起的晶体管集电极电流的增加，保证晶体管集电极的电流不随外界环境温度变化而变化，从而保证光谱灯的输出稳定，进而提高原子频标输出频率稳定性。再一方面，由于热敏电阻可随环境温度的变化而自动改变，因而本发明的铷原子频标的低功耗光谱灯装置的控制方便且快速。通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
图1为本发明铷原子频标的低功耗光谱灯装置的结构示意图。图2为图1所示铷原子频标的低功耗光谱灯装置的射频振荡电路的详细电路图。
具体实施例方式现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如图1所示，本实 施例铷原子频标的低功耗光谱灯装置包括光谱灯10、激励所述光谱灯10产生抽运光的射频振荡电路11、罩在所述光谱灯10上的恒温套12、用于控制所述恒温套12使所述光谱灯10保持恒温的恒温控制电路13、设于所述光谱灯10前方的中性滤光片14以及设于所述中性滤光片14的前方的凸透镜15。所述光谱灯10发出的光经过所述中性滤光片14和所述凸透镜15后由腔泡系统20接收。较佳地，所述中性滤光片14为透明塑料，透明塑料比较薄因而能够方便地置入本发明的铷原子频标的低功耗光谱灯装置中，且由于单片的透明塑料对光的衰减率比较小，因而可对光进行比较精细的调节。另外， 由于凸透镜15可增加透过的光，因而，可提高光的利用率。如图2所示，所述射频振荡电路11包括依次连接的滤波电路111、放大电路112以及振荡选频电路113。所述滤波电路111为滤波电容C4，所述滤波电容C4的两端分别与电源Ucc和地 GND连接。所述放大电路112包括连接在所述滤波电路111和所述振荡选频电路113之间的晶体管T、第一偏置电阻R1、第二偏置电阻R2和正温度系数热敏电阻Rp，所述第一偏置电阻Rl连接在所述晶体管T的集电极和基极之间，所述第二偏置电阻R2串联在所述第一偏置电阻Rl和所述振荡选频电路之113之间，且所述晶体管T的基极连接在在所述第二偏置电阻R2和所述振荡选频电路113的连接点上。所述正温度系数热敏电阻Rp与所述第二偏置电阻R2并联，且所述正温度系数热敏电阻Rp设于所述恒温套12中。所述振荡选频电路113包括第一电容Cl、反馈电容C2、第二电容C3、激励线圈Ll 以及第一电感L2。所述反馈电容C2连接在所述晶体管T的发射极和基极之间，所述第一电感L2的两端分别连接所述反馈电容C2的一端和地，所述第一电容Cl和所述激励线圈Ll 依次与所述反馈电容C2的另一端相连并通过所述第二电容C3接地，所述光谱灯10设于所述激励线圈Ll中。射频振荡电路11的工作原理是当光谱灯10处于启动状态时，正温度系数热敏电阻Rp阻值很小，晶体管T基极电流很大，晶体管T集电极电流即激励电流也很大，因而光谱灯10可获得高的激励功率而快速启动。随着光谱灯10恒温区内温度的不断上升，正温度系数热敏电阻Rp阻值变大，晶体管T基极电流迅速减小，晶体管T集电极电流即激励电流也迅速减小，直到光谱灯10恒温区的温度升至120°C的恒温点后，正温度系数热敏电阻Rp 阻值不再变化，光谱灯10开始正常工作。由于所述恒温控制电路13为本领域技术人员所熟知的技术，在此不再赘述。以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
权利要求
1.一种铷原子频标的低功耗光谱灯装置包括光谱灯、激励所述光谱灯产生抽运光的射频振荡电路、罩在所述光谱灯上的恒温套以及用于控制所述恒温套使所述光谱灯保持恒温的恒温控制电路，所述射频振荡电路包括依次连接的滤波电路、放大电路以及振荡选频电路，所述放大电路包括晶体管和第一偏置电阻，所述第一偏置电阻连接在所述晶体管的集电极和基极之间，其特征在于，所述放大电路还包括第二偏置电阻和正温度系数热敏电阻， 所述第二偏置电阻与所述第一偏置电阻串联，所述正温度系数热敏电阻与所述第二偏置电阻并联，且所述正温度系数热敏电阻设于所述恒温套中。
2.如权利要求1所述的铷原子频标的低功耗光谱灯装置，其特征在于，所述振荡选频电路包括反馈电容、第一电容、激励线圈、第二电容以及第一电感，所述反馈电容连接在所述晶体管的发射极和基极之间，所述第一电感的两端分别与所述反馈电容的一端和地连接，所述第一电容和所述激励线圈依次与所述反馈电容的另一端相连并通过所述第二电容接地，所述光谱灯设于所述激励线圈中。
3.如权利要求1所述的铷原子频标的低功耗光谱灯装置，其特征在于，还包括中性滤光片，所述中性滤光片设于所述光谱灯的前方。
4.如权利要求3所述的铷原子频标的低功耗光谱灯装置，其特征在于，所述中性滤光片为透明塑料。
5.如权利要求3所述的铷原子频标的低功耗光谱灯装置，其特征在于，还包括凸透镜， 所述凸透镜设于所述中性滤光片的前方。
全文摘要
本发明公开了一种铷原子频标的低功耗光谱灯装置，包括光谱灯、激励光谱灯产生抽运光的射频振荡电路、罩在光谱灯上的恒温套以及用于控制恒温套使光谱灯保持恒温的恒温控制电路，射频振荡电路包括依次连接的滤波电路、放大电路以及振荡选频电路，放大电路包括晶体管、第一偏置电阻、第二偏置电阻和正温度系数热敏电阻，第一偏置电阻连接在晶体管的集电极和基极之间，第二偏置电阻与第一偏置电阻串联，正温度系数热敏电阻与第二偏置电阻并联，且正温度系数热敏电阻设于恒温套中。本发明的光谱灯装置功耗低、使用方便且可提高原子频标输出频率稳定性。
文档编号H05B41/36GK102159015SQ20111004080
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者盛荣武, 管妮娜, 管桦, 雷海东 申请人:江汉大学