一种碱金属气室制作装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碱金属气室制作装置。该装置从碱金属气室使用需求及节约制作成本的角度出发，设计了一套完备的碱金属气室制作装置。该装置主要由玻璃系统、真空系统及充气系统组成。该碱金属气室制作装置可满足各种原子磁强计、原子陀螺仪的碱金属气室制作要求，高性能真空系统保证碱金属气室的操作环境，优化的充气系统管路及气体回收装置可大大降低3He，21Ne等贵重气体的浪费。

A device for making alkali metal gas chamber

The invention discloses a device for making alkali metal gas chambers. From the point of view of the use demand of alkali metal gas chamber and the cost saving, a complete set of alkali metal gas chamber making device is designed. The device is mainly composed of glass system, vacuum system and inflatable system. The equipment can meet the requirements of making various kinds of alkali metal chambers for atomic magnetometers and gyroscopes. The high performance vacuum system ensures the operating environment of the alkali metal chambers. The optimized gas charging system pipeline and gas recovery device can greatly reduce the waste of 3He, 21Ne and other valuable gases.

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属气室制作装置
本专利技术涉及子原子磁强计、原子陀螺仪的敏感表头制作领域。特别是一种完备的、高性能的、气体节约的碱金属气室制作装置。
技术介绍
在原子磁强计、原子陀螺仪中，碱金属气室作为核心敏感表头是最重要的组成部分，如何制作高性能节约型的碱金属气室是研究中所需解决的问题。碱金属气室一般是在玻璃泡中充入一定量的碱金属，同时还需要充入缓冲气体减少弛豫，充入淬灭气体吸收碱金属原子退极化过程产生的光子。如果碱金属气室用于原子陀螺仪，则需要充入可被极化的惰性气体，通过与极化的碱金属原子的碰撞实现核子的极化，从而用于惯性转动的测量。目前碱金属气室制作存在以下问题：第一，如何满足各种碱金属和各种气体组份的碱金属气室的制作，常用的碱金属有K，Rb，Cs，而常用的缓冲气体为4He，淬灭气体为N2，而原子陀螺仪常用的惰性气体有3He，21Ne，129Xe，131Xe。其次，如何提高碱金属气室的性能降低碱金属气室内部杂质产生的影响，杂质的存在可能导致碱金属气室通光性变差，也有可能与气室内的碱金属发生反应引入新的弛豫项。最后，如何减少3He，21Ne等贵重气体的浪费提高贵重气体的利用效率，碱金属气室制作过程中，只有少量气体进入气室内，而大部分的气体存留在真空管路里，实验结束后，这部分气体均需抽走，造成大量的浪费。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种碱金属气室制作装置。该装置主要由玻璃系统、真空系统及充气系统三部分组成。通过优化充气系统管路结构并加入气体回收装置，提高3He，21Ne等贵重气体利用效率减少浪费，通过使用大抽速分子泵及加热烤箱，提高真空度减少碱金属气室内部杂质的影响，通过多气体管路且预留气路扩展接口，可制作多种不同碱金属、不同气体成份的碱金属气室，可满足各种原子磁强计、原子陀螺仪的碱金属气室制作要求。是一套完备的碱金属气室制作装置。本专利技术提出的一种碱金属气室制作装置，该装置包括以下部件：气瓶1、减压阀2、流量计3、充气管路截止阀4、预管路接口5、分子泵6、真空截止阀7、真空规8、薄膜规9、可伐转接11、玻璃气室12、碱金属安瓿瓶13、加热烤箱14，其中：气瓶1、减压阀2、流量计3、充气管路截止阀4依次连接后，通过预管路接口5连接到真空管路上；分子泵6通过真空截止阀7连接到真空管路；真空规8连接到真空管路，用于监测管路真空度；薄膜规9连接到真空管路，用于监测管路充入气体的压强；将玻璃气室12、碱金属安瓿瓶13连接到玻璃管路，玻璃管路置于加热烤箱14中，玻璃管路通过可伐转接11与真空管路连接；碱金属气室制作装置中各部件的工作状态如下：关闭充管路截止阀4、打开真空截止阀7，启动分子泵6对玻璃管路及真空管路进行抽真空，同时开启加热烤箱14对玻璃管路进行烘烤；通过真空规8监测管路真空度，当管路真空度达到10-5Pa以上，关闭加热烤箱14，开始碱金属气室的制作：将一定量的碱金属从碱金属安瓿瓶13中赶入玻璃气室12中；然后进行碱金属向玻璃气室12的充入操作：关闭真空截止阀7、打开充气管路截止阀4，打开气瓶1瓶口阀门向玻璃气室12内充气，减压阀2用来降低气瓶气体出口压强，通过薄膜规9监测充入气体压强，通过流量计3控制气体充入的速度与气体量，当气体压强达到碱金属气室内气体设计参数值时，关闭充气管路截止阀4；用火焰枪对玻璃气室12进行封口并取下玻璃气室，此时充入碱金属的玻璃气室12为制作完成的碱金属气室。进一步的，上述碱金属气室制作装置还包括气体回收腔室10，所述气体回收腔室10连接到真空管路，用于回收管路中剩余的气体。管路中剩余的气体可通过液氮冷却处理进入气体回收腔室10，方便下次再次使用，减少了3He，21Ne等贵重气体等贵重气体的浪费。进一步的，上述碱金属气室制作装置中的玻璃气室12的个数可设定为3到10个，同时进行多个碱金属气室的制作。进一步的，上述碱金属气室制作装置中气瓶1可安装5个以上且可扩展，满足各种碱金属气室的制作。本专利技术的优点在于：1、搭建了一套完备的碱金属气室制作装置，可制作多种不同碱金属、不同气体成份的碱金属气室，可满足各种原子磁强计、原子陀螺仪对碱金属气室需求。2、可以保证碱金属气室制作的高真空度，避免碱金属气室不被杂质污染，提高碱金属气室真空性能。其中，大抽速分子泵的使用是高真空度实现的前提，而加热烤箱对管路烘烤清洁，进一步提高玻璃管路及碱金属气室的真空度。3、优化的充气管路，使充气管路结构简单合理，提高了气体的利用效率，同时，通过进一步增加气体回收腔室用于管路中剩余气体的回收，极大的减少某些3He，21Ne等贵重气体的浪费。附图说明图1为本专利技术的碱金属气室制作装置，其中，1为气瓶、2为减压阀、3为流量计、4为充气管路截止阀、5为预管路接口、6为分子泵、7为真空截止阀、8为真空规、9为薄膜规、10为气体回收腔室、11为可伐转接、12为玻璃气室、13为碱金属安瓿瓶、14为加热烤箱。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。如图1所示，本专利技术的碱金属气室制作装置包括气瓶1、减压阀2、流量计3、充气管路截止阀4、预管路接口5、分子泵6、真空截止阀7、真空规8、薄膜规9、气体回收腔室10、可伐转接11、玻璃气室12、碱金属安瓿瓶13、加热烤箱14，虚线以上管路称为玻璃管路，虚线以下的管路称为真空管路，其中：气瓶1、减压阀2、流量计3、充气管路截止阀4依次连接后，通过预管路接口5连接到真空管路上；分子泵6通过真空截止阀7连接到真空管路；真空规8连接到真空管路，用于监测管路真空度；薄膜规9连接到真空管路，用于监测管路充入气体的压强；将玻璃气室12、碱金属安瓿瓶13连接到玻璃管路，根据玻璃管路的长度可同时接入多个玻璃气室12，图1中接入的是3个，可以根据情况接入3-10个；玻璃气室12为提前制作而成，根据不同的使用需求可有不同的形状以及大小，玻璃管路搭建完成后通过可伐转接11与真空管路连接。碱金属气室制作装置中各部件的工作状态如下：关闭充管路截止阀4、打开真空截止阀7，启动分子泵6对玻璃管路及真空管路进行抽真空，为了进一步提高玻璃管路的真空度，在对玻璃管路抽真空的同时开启加热烤箱14对玻璃管路进行烘烤。相比于使用加热带只能加热到200℃，设计的加热烤箱14可将玻璃管路加热400℃，极大的提高了玻璃管路的洁净度。通过真空规8监测管路真空度，此真空规8为复合真空规，可实现105Pa到10-9Pa真空度的测量范围，当管路真空度达到10-5Pa以上时，关闭加热烤箱，可开始碱金属气室的制作：将一定量的碱金属从碱金属安瓿瓶13中赶入玻璃气室12中，多余的碱金属赶入末端空的安瓿瓶内，然后进行碱金属向玻璃气室12的充入操作：关闭真空截止阀7、打开充气管路截止阀4，打开所需气体气瓶1瓶口阀门向玻璃气室12内充气，减压阀2用来降低气瓶气体出口压强，通过流量计3控制气体充入的速度与气体量，薄膜规9用于监测充入气体压强，当气体压强达到碱金属气室内气体设计参数值时，关闭充气管路截止阀4；用火焰枪对玻璃气室12进行封口并取下玻璃气室12，此时充入碱金属的玻璃气室12为制作完成的碱金属气室。管路中剩余的气体可通过液氮冷却处理进入气体回收腔室10，由于液氮温度相比于室温低很多，所以大部分管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱金属气室制作装置，其特征在于：该装置包括以下部件：气瓶(1)、减压阀(2)、流量计(3)、充气管路截止阀(4)、预管路接口(5)、分子泵(6)、真空截止阀(7)、真空规(8)、薄膜规(9)、可伐转接(11)、玻璃气室(12)、碱金属安瓿瓶(13)、加热烤箱(14)，其中：气瓶(1)、减压阀(2)、流量计(3)、充气管路截止阀(4)依次连接后，通过预管路接口(5)连接到真空管路上；分子泵(6)通过真空截止阀(7)连接到真空管路；真空规(8)连接到真空管路，用于监测管路真空度；薄膜规(9)连接到真空管路，用于监测管路充入气体的压强；将玻璃气室(12)、碱金属安瓿瓶(13)连接到玻璃管路，玻璃管路置于加热烤箱(14)中，玻璃管路通过可伐转接(11)与真空管路连接；碱金属气室制作装置中各部件的工作状态如下：关闭充气管路截止阀(4)、打开真空截止阀(7)，启动分子泵(6)对玻璃管路及真空管路进行抽真空，同时开启加热烤箱(14)对玻璃管路进行烘烤；通过真空规(8)监测管路真空度，当管路真空度达到10‑5Pa以上时，关闭加热烤箱(14)，开始碱金属气室的制作：将一定量的碱金属从碱金属安瓿瓶(13)中赶入玻璃气室(12)中；然后进行碱金属向玻璃气室(12)的充入操作：关闭真空截止阀(7)、打开充气管路截止阀(4)，打开气瓶(1)瓶口阀门向玻璃气室(12)内充气，减压阀(2)用来降低气瓶气体出口压强，通过薄膜规(9)监测充入气体压强，通过流量计(3)控制气体充入的速度与气体量，当气体压强达到碱金属气室内气体设计参数值时，关闭充气管路截止阀(4)；用火焰枪对玻璃气室(12)进行封口并取下玻璃气室，此时充入碱金属的玻璃气室为制作完成的碱金属气室。...

【技术特征摘要】
1.一种碱金属气室制作装置，其特征在于：该装置包括以下部件：气瓶(1)、减压阀(2)、流量计(3)、充气管路截止阀(4)、预管路接口(5)、分子泵(6)、真空截止阀(7)、真空规(8)、薄膜规(9)、可伐转接(11)、玻璃气室(12)、碱金属安瓿瓶(13)、加热烤箱(14)，其中：气瓶(1)、减压阀(2)、流量计(3)、充气管路截止阀(4)依次连接后，通过预管路接口(5)连接到真空管路上；分子泵(6)通过真空截止阀(7)连接到真空管路；真空规(8)连接到真空管路，用于监测管路真空度；薄膜规(9)连接到真空管路，用于监测管路充入气体的压强；将玻璃气室(12)、碱金属安瓿瓶(13)连接到玻璃管路，玻璃管路置于加热烤箱(14)中，玻璃管路通过可伐转接(11)与真空管路连接；碱金属气室制作装置中各部件的工作状态如下：关闭充气管路截止阀(4)、打开真空截止阀(7)，启动分子泵(6)对玻璃管路及真空管路进行抽真空，同时开启加热烤箱(14)对玻璃管路进行烘烤；通过真空规(8)监测管路真空度，当管路真空度达到10-5Pa以上时，关闭加热烤...

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，李阳，刘学静，蔡洪炜，丁铭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11