原子钟长稳优化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种原子钟长稳优化装置。该装置包括：用于设置多个工作参数点的设置模块；用于根据各所述工作参数点中对应灯温的实验点，调节原子钟的物理系统中光谱灯的温度的灯温调节模块；用于根据各所述工作参数点中对应腔温的实验点，调节所述物理系统中微波腔的温度的腔温调节模块；用于根据各所述工作参数点中对应C场电流的实验点，调节所述物理系统中C场线圈的通电电流大小的C场电流调节模块；用于测量各所述工作参数点对应的原子钟的输出频率与标准时钟源的频率差，并根据所述频率差选择最佳工作参数点的测量模块。本实用新型专利技术便于提高原子钟的长期稳定度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及原子钟领域，特别涉及一种原子钟长稳优化装置。
技术介绍
原子钟的长期稳定度是衡量原子钟性能的一个重要指标，其主要受原子钟的长期漂移特性的影响。由于目前没有物理模型对长期漂移的原因进行解释，因此，在测量和改进原子钟的长期稳定度时，必须设计大量的参数优化实验，以选出原子钟的长期稳定度最佳工作参数点。其中，影响长期稳定度的系统参数众多，包括灯温、腔温、微波功率等，所以选取所有相关参数进行全面的参数优化实验，在实际操作中基本上是不可能的。传统的参数优化实验通常是采用优化装置对系统参数逐个优化。首先，优化第一个系统参数固定其余系统参数的值，对该第一个系统参数进行调节，测量原子钟的频率信号输出的稳定度，选择稳定度最高时的值作为该第一个系统参数的最优值；然后优化第二个系统参数将已优化的系统参数固定在其最优值，并固定其余未优化的系统参数的值，获取该第二个系统参数的最优值；重复前述步骤，直至获得所有系统参数的最优值，所有系统参数的最优值的组合即为前述原子钟的最佳工作参数点。具体地，以灯温、腔温为例，首先，先将腔温固定，调节灯温，获取灯温的最优值；然后，将灯温固定在该最优参数点，调节腔温，获取腔温的最优值；最后，将灯温和腔温的最优值的组合作为原子钟的最佳工作参数点。在实现本技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题改变前述系统参数优化的顺序，如预先固定灯温而不是腔温，会产生另外的最佳工作参数点。这是由于传统的参数优化实验是采取预先固定某些系统参数的方法，忽略了各系统参数之间存在交互作用的影响。相应地，用于传统参数优化实验的优化装置结构复杂，导致最终得到的最佳工作参数点不准确，进而限制了原子钟的长期稳定度的进一步提闻。
技术实现思路
为了提高原子钟的长期稳定度，本技术实施例提供了一种原子钟长稳优化装置。所述技术方案如下—种原子钟长稳优化装置，其特征在于，所述装置包括用于设置多个工作参数点的设置模块；每个所述工作参数点包括多个实验点且每个实验点对应不同的待优化参数，每个所述待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在所述待优化参数的取值范围内且包括所述取值范围的两端点，每两个所述工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个所述实验点在所有所述工作参数点中出现的次数相等；所述待优化参数包括灯温、腔温和C场电流；用于根据各所述工作参数点中对应灯温的实验点，调节原子钟的物理系统中光谱灯的温度的灯温调节模块；用于根据各所述工作参数点中对应腔温的实验点，调节所述物理系统中微波腔的温度的腔温调节模块；用于根据各所述工作参数点中对应C场电流的实验点，调节所述物理系统中C场线圈的通电电流大小的C场电流调节模块；以及用于测量各所述工作参数点对应的原子钟的输出频率与标准时钟源的频率差，并根据所述频率差选择最佳工作参数点的测量模块；所述设置模块分别与所述灯温调节模块、所述腔温调节模块、所述C场电流调节模块和所述测量模块相连；所述灯温调节模块与所述光谱灯相连；所述腔温调节模块与所述微波腔相连；所述C场电流调节模块与所述C场线圈相连；所述测量模块与所述原子钟的隔离放大器相连。其中，所述灯温调节模块还用于，对所述最佳工作参数点中对应灯温的实验点进行微调；相应地，所述测量模块还用于，测量微调后所述原子钟输出频率与标准时钟源的频率差，并根据所述频率差确定所述最佳工作参数点中对应灯温的最优实验点。其中，所述灯温调节模块具体包括用于为所述原子钟的光谱灯加热的第一加热单元；用于测量所述光谱灯的温度并将测得的温度转换为电压值的第一电桥单元；用于将所述电桥单元输出的电压值差分放大的第一差分放大单元；用于采集所述差分放大单元输出的电压值并转换为数字信号的第一模数转换单元；以及用于根据所述模数转换单元转换的数字信号控制所述加热单元是否工作的第一处理单元；所述第一加热单元与所述第一处理单元相连；所述第一电桥单元分别与所述第一差分放大单元和所述第一处理单元相连；所述第一差分放大单元与所述第一模数转换单元相连；所述第一模数转换单元与所述第一处理单元相连。其中，所述腔温调节模块具体包括用于为所述原子钟的微波腔加热的第二加热单元；用于测量所述微波腔的温度并将测得的温度转换为电压值的第二电桥单元；用于将所述电桥单元输出的电压值差分放大的第二差分放大单元；用于采集所述差分放大单元输出的电压值并转换为数字信号的第二模数转换单元；以及用于根据所述模数转换单元转换的数字信号控制所述加热单元是否工作的第二处理单元；所述第二加热单元与所述第二处理单元相连；所述第二电桥单元分别与所述第二差分放大单元和所述第二处理单元相连；所述第二差分放大单元与所述第二模数转换单元相连；所述第二模数转换单元与所述第二处理单元相连。其中，所述第一电桥单元或第二电桥单元具体包括热敏电阻、第一恒温电阻、数字电位计、第二恒温电阻、以及直流电压基准；其中，所述热敏电阻第一端与所述第一恒温电阻第二端相连，所述第一恒温电阻的第一端与所述数字电位计的第二端相连，所述数字电位计的第一端与所述第二恒温电阻的第二端相连，所述第二恒温电阻的第一端与所述热敏电阻的第二端相连，所述直流电压基准位于所述热敏电阻和所述第二恒温电阻的连接点、所述第一恒温电阻和所述数字电位计的连接点之间。进一步地，所述第一处理单元或第二处理单元为单片机。本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过设置模块设置工作参数点，并使得工作参数点中对应的待优化参数的实验点在待优化参数的取值范围内分布均匀；灯温调节模块、腔温调节模块和C场电流调节模块根据各工作参数点分别调节原子钟的灯温、腔温和C场电流；测量模块测量各工作参数点对应的原子钟的输出频率与标准时钟源的频率差，并根据频率差选择最佳工作参数点；简化了传统参数优化实验采用的优化 装置，能够解决现有的参数优化实验中系统参数之间存在交互作用的问题，使参数优化实验通过优化装置得到的最佳工作参数点更加准确，提高了原子钟的长期稳定度。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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I是本技术实施例中提供的一种原子钟长稳优化装置的示意图；图2是本技术实施例中提供的第一电桥单元的示意图；图3是本技术实施例中提供的C场电流调节模块的工作示意图；图4是本技术实施例中提供的工作参数点分布的示意图；图5是本技术实施例中提供的灯温与频率差的测试曲线图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。为便于对本技术实施例所述装置的描述，下面首先对原子钟的结构进行介绍。原子钟一般包括物理系统I和电子线路。物理系统I主要包括光谱灯la、微波腔lb、C场线圈Ic和集成滤光泡Id等。电子线路主要包括隔离放大器2、微波倍、混频3、综合器4、伺服电路5和压控晶振6。基于此，参见图1，本技术实施例提供了一种原子钟长稳优化装置，该装置具体包括设置模块101、灯温调节模块102、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原子钟长稳优化装置，其特征在于，所述装置包括：用于设置多个工作参数点的设置模块；每个所述工作参数点包括多个实验点且每个实验点对应不同的待优化参数，每个所述待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在所述待优化参数的取值范围内且包括所述取值范围的两端点，每两个所述工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个所述实验点在所有所述工作参数点中出现的次数相等；所述待优化参数包括灯温、腔温和C场电流；用于根据各所述工作参数点中对应灯温的实验点，调节原子钟的物理系统中光谱灯的温度的灯温调节模块；用于根据各所述工作参数点中对应腔温的实验点，调节所述物理系统中微波腔的温度的腔温调节模块；用于根据各所述工作参数点中对应C场电流的实验点，调节所述物理系统中C场线圈的通电电流大小的C场电流调节模块；以及用于测量各所述工作参数点对应的原子钟的输出频率与标准时钟源的频率差，并根据所述频率差选择最佳工作参数点的测量模块；所述设置模块分别与所述灯温调节模块、所述腔温调节模块、所述C场电流调节模块和所述测量模块相连；所述灯温调节模块与所述光谱灯相连；所述腔温调节模块与所述微波腔相连；所述C场电流调节模块与所述C场线圈相连；所述测量模块与所述原子钟的隔离放大器相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹志明，雷海东，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：实用新型
国别省市：