一种高稳晶振测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及时间校准领域，尤其涉及一种高稳晶振测量装置，包括处理器、D/A控制模块、增益控制模块、VCXO模块、温控模块、逻辑门阵列、微商计算模块、增益控制模块、张弛时间模块、采样信号显示模块、光开关、A/D采样模块、探测信号生成模块、腔泡系统和光源，本发明专利技术的有益效果是：通过将处理器处理后的信号送入逻辑门阵列，因为上时刻光源激励光能够透过腔泡系统，故此时刻经A/D采样产生的信号是高电平‘1’，奇数级逻辑非门后变成低电平‘0’，作用于光源模块中的高速Shutter，使其为‘关’状态。依次循环，在逻辑门阵列的输出端会出现‘1’—‘0’—‘1’…‘0’的变化，通过处理器对频率信号检测，我们即可得出相应的时间参数。

A high stability crystal vibration measuring device

The present invention relates to a time calibration field, especially relates to a high stability crystal oscillator measurement device includes a processor, D/A control module, the gain control module, VCXO module, temperature control module, logic gate array, derivative calculation module, the gain control module, time module, signal display module, optical switch, A/D sampling module, signal detection generation module, cavity cell system and the light source, the beneficial effect of the invention is: the processor for processing signals are sent to the gate array, because the moment of the illumination light to pass through the cavity bubble system, therefore the signal generated by A/D sampling time is the high level of '1', odd level into the low level logic gate \0\ the effect of Shutter on the high speed light source module, which is' off 'state. In turn, the output end of the logical gate array will appear '1' - '0' - '1'. With the change of '0', we can get the corresponding time parameters by detecting the frequency signal by the processor.

【技术实现步骤摘要】
一种高稳晶振测量装置
本专利技术涉及时间校准领域，尤其涉及一种高稳晶振测量装置。
技术介绍
随着现代时间校准科技技术与制造工艺的加速提升，使得时间校准的应用更加民用化、普及化，而且性能指标也得到提升。即便这样，但对于运行于卫星上的时间校准而言，我们还关心它的一个性能参数，即寿命。用于空间站或卫星上的时间校准因为承担了长期的跟精密时间相关的工作，如果由于时间校准内部物理系统部分的碱金属原子消耗待尽而继续无法服役，我们只能够从地面上重新换一台时间校准上天才能维持它所承担工作的延续性，这显然对连续精密时间任务是非常不利的，而且会给我们带来换钟的麻烦。基于以上原因，需要一种高稳晶振测量装置被设计出来，通过将处理器处理后的信号送入逻辑门阵列，因为上时刻光源激励光能够透过腔泡系统，故此时刻经A/D采样产生的信号是高电平‘1’，奇数级逻辑非门后变成低电平‘0’，作用于光源模块中的高速Shutter，使其为‘关’状态。依次循环，在逻辑门阵列的输出端会出现‘1’—‘0’—‘1’…‘0’的变化，通过处理器对频率信号检测，我们即可得出相应的时间参数，即一种高稳晶振测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种高稳晶振测量装置。本专利技术是通过以下技术方案实现：一种高稳晶振测量装置，包括处理器、D/A控制模块、增益控制模块、VCXO模块、温控模块、逻辑门阵列、微商计算模块、增益控制模块、张弛时间模块、采样信号显示模块、光开关、A/D采样模块、探测信号生成模块、腔泡系统和光源，所述处理器分别和光开关、探测信号生成模块、张弛时间模块、微商计算模块、逻辑门阵列、D/A控制模块通信连通，所述D/A控制模块通信连接有增益控制模块，所述增益控制模块通信连通VCXO模块，所述VCXO模块通信连接有探测信号生成模块，所述探测信号生成模块通信连接有腔泡系统；所述微商计算模块通信连接有增益控制模块，所述张弛时间模块通信连接有采样信号显示模块，所述光开关通电连接有光源，所述光源通过A/D采样模块通信连接有处理器。所述逻辑门阵列由处理器发生，处理器产生奇数级N个非门，其输入端接收来自于处理器接收的A/D采样的信号，其输出端经处理器反馈到量子系统的光源中的高速光开关Shutter，用以控制其状态‘开’或‘关’。所述温度控制模块里面含有温控芯片（控温用）、以及热敏电阻（测温用）。受中央处理器控制可以设定温度值T，由于整个温度控制模块置于高稳晶振VCXO(温控模块)中，所以中央处理器可以设置对应的工作环境温度、以及获得实际的工作环境温度信息。所述压控模块中的桥路测温主要由两个阻值相同的R，一个预设温度值热敏电阻传感器Ro（它决定了VCXO的工作环境温度）及测温热敏电阻Rk组成。当VCXO工作环境温度恒定时，即热敏电阻Rk测量值与预设值Ro相等，此时电阻桥路A、B端输出电压差将为0，整个压控模块输出端Uout输出为0。当VCXO工作环境温度发生改变时，则桥路的A、B端形成一定的电压差，通过电压跟随器A1及A2的传递送至A3进行差分放大，考虑到放大后的电压差能够有效得采集，所以在差分放大A3的输出端增加了一个增益线性调节电路A4。得到的电压差Uout与DA控制模块产生的压控电压求和后，送至VCXO模块。进一步地，当图1原理图开始工作时，假定此时刻光源模块中的高速Shutter是‘开’状态，那么，光源激励的光通过高速Shutter后直接进入腔泡系统中，在传统原子频标原理的作用下，完成量子系统的量子鉴频。量子鉴频信号经A/D采样、处理器处理后送入逻辑门阵列，因为上时刻光源激励光能够透过腔泡系统，故此时刻经A/D采样产生的信号是高电平‘1’，奇数级逻辑非门后变成低电平‘0’，作用于光源模块中的高速Shutter，使其为‘关’状态。依次循环，在逻辑门阵列的输出端会出现‘1’—‘0’—‘1’…‘0’的变化，通过处理器对频率信号检测，我们即可得出相应的时间参数。进一步地，通过微处理器产生奇数个非门串接在一起，会产生自激振荡，该电路构成一个环形振荡器。设电路中非门的个数N为奇数，每个门电路的平均传输时延迟间为t，环形振荡器产生的振荡周期为T。假定某时刻A1点的初态为1，则经过1个传输延迟t后，A2点变为0，再经过1个传输延迟t，A3点变为1，…，奇数N个传输延迟Nt后，初态‘1’变为‘0’。同样的道理：初态‘0’变为‘1’。信号传输示意图如图2所示；根据图2，可以得到：T0＝2Nt（1）当上述环形振荡器串入原子钟系统后，可得图3；在图3的频率信号检测端检测到的信号周期T1=2(Nt+△t)（2）其中，△t即为我们需要知道的原子钟时间参数。通过公式（1）和（2），可推导得出：△t=（T1-T0）/2（3）上式中的△t对我们下一步工作展开非常重要：根据图1我们可以知道△t由量子系统及外围的电路决定，而电子线路的响应时间是非常快的，通常也达到了10nS量级以上，所以决定△t值的关键应该是图1中的量子系统部分。在获得了式（3）中的△t后，微处理器进行下一步工作：按照传统原子钟调制电路技术做以下改进，结合图1，微处理器的外时钟端XTAL以及AD9852（位于图1中的“探测信号生成”模块中，相对于传统技术的“调制电路”）的外时钟端Input均接入来自于压控晶振VCXO输出的时钟信号。使DDS的IOUT引脚输出端频率信号的稳定度与外部时钟源一致。如输出信号频率为5.3125MHz或5.3123MHz那么MCLK时钟端的信号频率应该大于20MHz，以期望得到更好的相位噪声，通过外部滤波电路后，可得到比较纯净的信号谱。FSELECT为键控调频信号输入端，也就是我们的调制方波信号输入端，在这里我们需要根据上述式（3）获得的△t来决定这里方波信号的频率值，我们以5*△t时间（即1/(5*△t)频率）作为我们的取值标准。例如1/(5*△t)=79Hz。我们使用的DDS内部有两个频率控制寄存器，通过编程的方式将预先设置好的频率值F0=5.3125MHz、F1=5.3123MHz保存在寄存器中，当FSELECT端有79Hz方波信号输入时(即电平上升沿或下降沿转换，DDS的IOUT端将会随之分别从频率控制寄存器中读出F1或F0的值作为输出，并且会保障频率信号在切换时相位无变化。结合传统原子钟技术原理，加在AD9852引脚FSELECT端上用以实现键控调频的方波调频信号频率决定着以怎样的速度来切换对准量子中心频率左右的频率信号，由于原子自旋的张驰时间的存在，所以加到量子系统中的键控调频微波信号经量子系统的鉴频作用后，在图1的A/D采样端会产生如图5的信号波形；在图5中信号波形中，传统电路设计时应把着重点放在图中的A、B段上，因为A、B区正是伺服系统进行鉴频信号电压差采集的区域。在本专利中我们的重点放在图中A、B段外的凹线部分，这是我们需要求解的原子的张驰时间τ；我们必须对环路各点信号进行详细的分析。按照现有原子钟技术电路结构，假定调制信号为S=Asin(2πft)，(4)则光检基波输出为S1=ABsin(2πft+φ+φ1)，(5)其中，φ等于0或180度，φ1是调相和倍频电路引入的相移。经过选频放大之后，信号表达式为S2=KaABsin(2πft+φ+φ1+φ2)，(6)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳晶振测量装置，其特征在于，包括处理器、D/A控制模块、增益控制模块、VCXO模块、温控模块、逻辑门阵列、微商计算模块、增益控制模块、张弛时间模块、采样信号显示模块、光开关、A/D采样模块、探测信号生成模块、腔泡系统和光源，所述处理器分别和光开关、探测信号生成模块、张弛时间模块、微商计算模块、逻辑门阵列、D/A控制模块通信连通，所述D/A控制模块通信连接有增益控制模块，所述增益控制模块通信连通VCXO模块，所述VCXO模块通信连接有探测信号生成模块，所述探测信号生成模块通信连接有腔泡系统；所述微商计算模块通信连接有增益控制模块，所述张弛时间模块通信连接有采样信号显示模块，所述光开关通电连接有光源，所述光源通过A/D采样模块通信连接有处理器。

【技术特征摘要】
1.一种高稳晶振测量装置，其特征在于，包括处理器、D/A控制模块、增益控制模块、VCXO模块、温控模块、逻辑门阵列、微商计算模块、增益控制模块、张弛时间模块、采样信号显示模块、光开关、A/D采样模块、探测信号生成模块、腔泡系统和光源，所述处理器分别和光开关、探测信号生成模块、张弛时间模块、微商计算模块、逻辑门阵列、D/A控制模块通信连通，所述D/A控制模块通信连接有增益控制模块，所述增益控制模块通信连通VCXO模块，所述VCXO模块通信连接有探测信号生成模块，所述探测信号生成模块通信连接有腔泡系统；所述微商计算模块通信连接有增益控制模块，所述张弛时间模块通信连接有采样信号显示模块，所述光开关通电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴向成，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42