一种原子频标设备温度系数补偿装置和方法制造方法及图纸

本申请公开了一种原子频标设备温度系数补偿装置和方法，解决原子频标设备温度系数不易调试、不易控制的问题。所述原子频标设备温度系数补偿装置包括热敏电阻、恒压源电路、补偿电路、C场电路；热敏电阻位于所述原子频标设备的温度敏感区；恒压源电路与热敏电阻相连，输出恒定电压用于热敏电阻，产生温度检测电流；所述补偿电路用于将温度检测电流转换为补偿电流；所述C场电路包含C场线圈，用于对原子钟频率标准信号进行调整；所述C场电路输入补偿电流，改变所述C场线圈的工作电流，校正所述频率标准信号。本发明专利技术一次定量地将整机残余温度系数调整到零，可大大缩短调试周期、提升指标、降低成本、提高整机长期稳定度指标。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及电子设备
，尤其涉及一种用于原子频标设备的温度补偿电路和补偿方法。
技术介绍
原子频标设备具有体积小、重量轻、功耗低等特点，应用广泛。原子频标设备是一种二级频标，其频率稳定度和准确度受环境影响较大，尤其是受温度影响较大。例如在高精度铷原子频标设备设计与制造中，温度系数是提升铷原子频标设备整机指标的一个瓶颈性因素。以往的铷原子频标设备电路，往往不包含特定的温度补偿电路，而通过改善各组件的固有温度系数以及通过精细的整机调试来控制整机温度系数。从根本上降低原子频标设备整机的温度系数，需要从原子频标设备量子部分和电路部分的根本设计入手，工艺要求十分严苛。即使经过精心设计，整机联调时温度系数仍有残余，致使指标不能满足要求。如果依靠整机联调来控制温度系数，效果差、成本高。
技术实现思路
本专利技术提供一种原子频标设备温度系数补偿装置和方法，解决原子频标设备温度系数不易调试、不易控制的问题。本申请实施例提供一种原子频标设备温度系数补偿装置，包括热敏电阻、恒压源电路、补偿电路、C场电路；所述热敏电阻位于所述原子频标设备的温度敏感区；所述恒压源电路的电压输出端与所述热敏电阻相连，输出恒定电压用于所述热敏电阻，产生温度检测电流；所述补偿电路用于将所述温度检测电流转换为补偿电流；所述C场电路包含C场线圈，所述C场线圈用于对原子钟频率标准信号进行调整；所述C场电路输入所述补偿电流，所述补偿电流改变所述C场线圈的工作电流，校正所述频率标准信号。优选地，所述恒流源电路包含第一运算放大器、第二电阻、第一基准二极管、三极管、电压输出端、电流输出端；所述三极管为PNP三极管，基极接所述第一运算放大器的输出端、集电极为所述恒压源电路的电流输出端，用于输出所述温度检测电流；所述电压输出端的正极接直流电压源，所述电压输出端的负极与所述三极管的发射极相连、并且连接于所述第一运算放大器的反向输入端；所述第一基准二极管的正端与所述第一运算放大器的正向输入端相连、并且连接于所述第二电阻，所述第二电阻的另一端接地；所述第一基准二极管的负端接所述直流电压源。优选地，所述补偿电路包含第二运算放大器、第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；所述第二运算放大器的正向输入端即所述补偿电路的输入端，用作输入所述温度检测电流；所述第一电阻一端接所述第二运算放大器的正向输入端，另一端接地；所述第三电阻一端接所述第二运算放大器的反向输入端，另一端接所述第二运算放大器的输出端；所述第五电阻一端接所述第二运算放大器的反向输入端，另一端接地；所述第四电阻一端接所述第二运算放大器的输出端，另一端作为所述补偿电路的输出端，用于输出所述补偿电流。优选地，所述C场电路还包含第三运算放大器、第六电阻、第八电阻、第二基准二极管；所述第六电阻一端连接于所述第三运算放大器的反向输入端，另一端接地；所述C场线圈一端连接于所述第三运算放大器的反向输入端，另一端连接于所述第三运算放大器的输出端；所述第八电阻与所述第二基准二极管的负端相连，并且连接于所述第三运算放大器的正向输入端；所述第八电阻的另一端接所述直流电压源；所述第二基准二极管的正端接地；所述第三运算放大器的反向输入端，用于输入所述补偿电流。作为本专利技术方案进一步优化的实施例，所述C场电路还包含第七电阻，串联在所述C场线圈和所述第三运算放大器输出端之间。本专利技术实施例还提供一种原子频标设备温度系数补偿方法，用于本专利技术实施例所述原子频标设备温度系数补偿装置，包含以下步骤：在所述原子频标设备工作温度范围的一端，调整所述恒压源电路的输出电压、所述补偿电路中第三电阻和/或第五电阻的值，使所述第二运算放大器输出电压与所述C场电路的补偿电流输入端电压相同；在所述原子频标设备工作温度范围的另一端，调整所述补偿电路中第四电阻的值，使所述频率标准信号的频率保持不变。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本专利技术能够有效补偿铷原子频标设备整机残余温度系数，解决以往铷原子频标设备温度系数不能定量调整的问题，可有效去除铷钟整机残余温度系数，一次定量地将整机残余温度系数调整到零，可大大缩短调试周期、提升指标、降低成本、提高整机长期稳定度指标。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的电路示意图；图2为本专利技术恒流源电路的实施例示意图；图3为本专利技术补偿电路的实施例示意图；图4为本专利技术C场电路的实施例示意图；图5为应用本专利技术进行温度补偿的方法流程图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。图1为本专利技术的原子频标设备温度系数补偿装置示意图，具体包括热敏电阻20、恒压源电路30、补偿电路40、C场电路12；所述热敏电阻位于所述原子频标设备10的温度敏感区11；所述恒压源电路的电压输出端与所述热敏电阻相连，输出恒定电压用于所述热敏电阻，产生温度检测电流；所述补偿电路用于将所述温度检测电流转换为补偿电流Ic；所述C场电路包含C场线圈，所述C场线圈用于对原子钟频率标准信号进行调整；所述C场电路输入所述补偿电流，所述补偿电流改变所述C场线圈的工作电流，校正所述频率标准信号。采用热敏电阻直接采集原子频标设备内部温度，所述温度敏感区11可以是频标内部有效反映环境温度变化的区域。需要说明，由于所述补偿电路为电流-电流转换电路。在所述原子频标设备工作温度范围的一端，所述热敏电阻的输出温度检测电流值为I0，当温度变化时所述热敏电阻输出温度检测电流值为I0+ΔIs。热敏电阻输出温度检测电流变化表示为：ΔIs≌-Vs×ξ×Δt/(R0×R0)(公式1)其中ξ为所述热敏电阻的温度系数，Δt是所述温度敏感区的温度变化，Vs是所述恒压源的输出电压，R0是所述热敏电阻在Δt＝0时的值，且满足条件ξ×Δt<<R0。图2为本专利技术恒流源电路的实施例示意图。所述恒压源电路包含第一运算放大器U1、第二电阻R2、第一基准二极管D1、三极管Q1、电压输出端、电流输出端；所述三极管为PNP三极管，基极接所述第一运算放大器的输出端OUT、集电极为所述恒压源电路的电流输出端401，用于输出所述温度检测电流20；所述电压输出端的正极301接直流电压源VCC，所述电压输出端的负极302与所述三极管的发射极相连、并且连接于所述第一运算放大器的反向输入端IN-；所述第一基准二极管的正端与所述第一运算放大器的正向输入端相连IN+、并且连接于所述第二电阻R2，所述第二电阻的另一端接地；所述第一基准二极管的负端接所述直流电压源VCC。图3为本专利技术补偿电路的实施例示意图，所述补偿电路包含第二运算放大器U2、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5；所述第二运算放大器的正向输入端IN+，作为所述补偿电路的输入端401，输入所述温度检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原子频标设备温度系数补偿装置，其特征在于，包括热敏电阻、恒压源电路、补偿电路、C场电路；所述热敏电阻位于所述原子频标设备的温度敏感区；所述恒压源电路的电压输出端与所述热敏电阻相连，输出恒定电压用于所述热敏电阻，产生温度检测电流；所述补偿电路用于将所述温度检测电流转换为补偿电流；所述C场电路包含C场线圈，所述C场线圈用于对原子钟频率标准信号进行调整；所述C场电路输入所述补偿电流，所述补偿电流改变所述C场线圈的工作电流，校正所述频率标准信号。

【技术特征摘要】
1.一种原子频标设备温度系数补偿装置，其特征在于，包括热敏电阻、恒压源电路、补偿电路、C场电路；所述热敏电阻位于所述原子频标设备的温度敏感区；所述恒压源电路的电压输出端与所述热敏电阻相连，输出恒定电压用于所述热敏电阻，产生温度检测电流；所述补偿电路用于将所述温度检测电流转换为补偿电流；所述C场电路包含C场线圈，所述C场线圈用于对原子钟频率标准信号进行调整；所述C场电路输入所述补偿电流，所述补偿电流改变所述C场线圈的工作电流，校正所述频率标准信号。2.如权利要求1所述原子频标设备温度系数补偿装置，其特征在于，所述恒压源电路包含第一运算放大器、第二电阻、第一基准二极管、三极管、电压输出端、电流输出端；所述三极管为PNP三极管，基极接所述第一运算放大器的输出端、集电极为所述恒压源电路的电流输出端，用于输出所述温度检测电流；所述电压输出端的正极接直流电压源，所述电压输出端的负极与所述三极管的发射极相连、并且连接于所述第一运算放大器的反向输入端；所述第一基准二极管的正端与所述第一运算放大器的正向输入端相连、并且连接于所述第二电阻，所述第二电阻的另一端接地；所述第一基准二极管的负端接所述直流电压源。3.如权利要求1所述原子频标设备温度系数补偿装置，其特征在于，所述补偿电路包含第二运算放大器、第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；所述第二运算放大器的正向输入端即所述补偿电路的输入端，用作输入所述温度检测电流；所述第一电阻一端接所述第二运算放大器的正向输入端，另一端接地；所述第三电阻一端接所述第二运算放大器的反向输入端，另一端接所述第二运算放大器的输出端；所述第五电阻一端接所述第二运算放大器的反向输入端，另一端接地；所述第四电阻一端接所述第二运算放大器的输出端，另一端作为所述补偿电路的输出端，用于输出所述补偿电流。4.如权利要求1所述原子频标设备温度系数补偿装置，其特征在于，所述C场电路还包含第三运算放大器、第六电阻、第八电阻、第二基准二极管；所述第六电阻一端连接于所述第三运算放大器的反向输入端，另一端接地；所述C场线圈一端连接于所述第三运算放大器的反向输入端，另一端连接于所述第三运算放大器的输出端；所述第八电阻与所述第二基准二极管的负端相连，并且连接于所述第三运算放大器的正向输入端；所述第八电阻的另一端接所述直流电压源；所述第二基准二极管的正端接地；所述第三运算放大器的反向输入端，用于输入所述补偿电流。5.如权利要求4所述原子频标设备温度系数补偿装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春景，丛东亮，么晓坤，徐娆美，高连山，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11