一种准球形谐振腔闭合判别方法技术

本发明专利技术涉及一种准球形谐振腔闭合判别方法，其包括：步骤一，将所述准球形谐振腔放置在所述恒温室中，准球形谐振腔通过支架放置在光学平台上，利用对位环对准球形谐振腔的上半球和下半球进行重合对位；步骤二，完成两半球的重合对位后，向准球形谐振腔通入稳定流量的高纯低温气体，完成实验系统的连接和调试；步骤三，进行准球形谐振腔闭合工作，通过微波信号的精准测控与相对过量半宽度的实时计算，实现闭合过程中上、下半球赤道面间隙的精确监测，基于相对过量半宽度的变化趋势，从而实现准球形谐振腔闭合的精准判别。本发明专利技术的闭合判断新方法对准球形结构具有普适性；采用完美闭合指数这一评价指标，有利于不同方法间的量化比较。

A method for judging the closure of quasi spherical resonator

【技术实现步骤摘要】
一种准球形谐振腔闭合判别方法
本专利技术涉及一种判别方法，特别是涉及一种准球形谐振腔闭合判别方法。
技术介绍
谐振腔是一种封闭的腔体，被广泛应用于光学、电磁学、声学等基础测量领域。目前在电磁学领域常见的谐振腔有矩形谐振腔、圆柱形谐振腔、球形谐振腔、椭球形谐振腔和准球形谐振腔。其中，球形谐振腔最为简单，实际中，由于受限加工技术及加工精度，不能制造出完美球形，会出现微波缔和现象，导致谐振频率测量精度大幅下降。因此，通常采用准球形谐振腔，有效分离缔合模式，实现谐振频率的高精度测量。通常准球形谐振腔由两个半球腔构成，加工完成半球后需要将两个半球腔体组合成一个整体，以完成微波谐振频率的测量。而两个半球闭合的完美程度直接影响后续测量精度，因此，必须有效闭合两个准半球。目前，谐振腔闭合的方法大致可分为两种，一种是传统的闭合方法，记为闭合方法1，这是一种笼统、模糊的闭合方法，谐振腔闭合装置简单，没有采用量化工具，凭借主观感觉和个人经验进行闭合，无法定量分析，不能形成量化的闭合判断标准和闭合程度的评价指标，不能有效指导其它球腔的闭合和判断闭合品质。另一种方法，记为闭合方法2，是通过微波谐振频率测量技术实时监测闭合过程中微波信号的变化，以长、短轴对应散射参数幅值的比值与长、短轴长度的比值是否相等为闭合判定依据，由于微波天线位置对x，y，z三轴方向上散射参数幅值的影响程度不同，很难通过比值判断是否合理闭合，因而该方法不具有普适性。综上，要实现高精度的微波谐振频率测量，需要采用合理的闭合装置及方法，并建立有效的闭合判断方法和闭合评价指标。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决传统准球形谐振腔闭合方法中的闭合判断方法普适性差、闭合品质难以评判等问题。本专利技术提供了一种准球形谐振腔闭合判别方法，其包括：步骤一，将所述准球形谐振腔放置在所述恒温室中，准球形谐振腔通过支架放置在光学平台上，利用对位环对准球形谐振腔的上半球和下半球进行重合对位；步骤二，完成两半球的重合对位后，向准球形谐振腔通入稳定流量的高纯低温气体，完成实验系统的连接和调试；步骤三，进行准球形谐振腔闭合工作，通过微波信号的精准测控与相对过量半宽度的精确计算，实现闭合过程中上、下半球赤道面间隙的精确监测，基于相对过量半宽度的变化趋势，从而实现准球形谐振腔闭合的精准判别。其中，所述谐振腔包括微波天线，所述微波天线为直线天线或环形天线。其中，所述步骤三中测量包含但不限于TM11、TM12、TM13、TM14、TM15、TM16、TM17、TM18等单个和/或多个电磁模式。其中，所述步骤三中采用相对过量半宽度的变化作为闭合的判别依据。其中，所述步骤三中采用闭合完美指数作为评价指标。其中，在实施该方法过程中，在稳定的温度、压力以及恒定流量的环境条件下，等间隔施加扭矩，优选扭矩间隔为包含但不限于1cNm-10cNm之间的任意值。其中，在实施该方法过程中，气路系统持续向谐振腔提供微量恒定流量的高纯气体。其中，所述气体为高纯气体4He，或3He、氩气、氖气、氮气等低温气体，气体流量为包含但不限于0-200sccm之间的任意值。其中，利用对位环对谐振腔上半球和下半球的赤道面进行重合定位。其中，谐振腔采用包含但不限于高导无氧铜等金属材料、或蓝宝石等非金属材料、或铜氧化合物、或铁(镍)基等超导材料及还可以是选择上述材料组成的复合结构；金属材料谐振腔的内壁还可镀金、银等高导金属层。其中，所述恒温室优选在10℃-50℃控温精度小于±0.5℃，室内常压条件下压力波动小于±5kPa。其中，所述对位环的材料线性膨胀系数大于谐振腔材料的线性膨胀系数；其中，对位环材料的线性膨胀系数也可小于谐振腔材料的线性膨胀系数的材质。本专利技术提出了一种具有普适性的微波谐振腔闭合判别方法，通过微波信号的精准测控与相对过量半宽度的实时计算，实现闭合过程中上、下半球赤道面间隙的精确监测，从而指导闭合谐振球腔，旨在为谐振腔的成功闭合提供更为普适的判别依据，以提高微波谐振频率的测控精度。附图说明图1为本专利技术的准球形谐振腔闭合装置的结构示意图；图2为本专利技术的闭合判别方法的流程示意图；图3为本专利技术的谐振腔的正视图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对专利技术进行解释，而不作为对其范围的具体限定。本专利技术提供了一种准球形谐振腔闭合判别方法，图1为准球形谐振腔闭合装置的结构示意图，对其实施本专利技术的闭合判别方法。如图1所示，本专利技术的准球形谐振腔闭合装置包括：恒温油槽1、标准电阻2、数显压力计3、控制与采集系统4、测温电桥5、温度计6、流量计7、进气孔8、上天线9、对位环10、螺栓11、谐振腔12、下天线13、三通阀14、T型软管15、减压阀16、支架17、光学平台18、网络分析仪19、气源20、时间标准仪21、出气孔22、恒温室23。其中，恒温室23为谐振腔12的闭合提供10℃-50℃连续可调且稳定的温度环境。如图1所示的实施案例中，谐振腔12优先为准球形谐振腔结构，所述谐振腔12的腔体满足方程x2/ax2+y2/ay2+z2/az2＝1，其在x,y,z三轴方向的最长半径(记为Rmax)是最短半径(记为Rmin)的1～1.01倍，第二长半径(记为Rmid)是最短半径Rmin的1～1.01倍，最短半径Rmin可为1cm～25cm之间的任意值。所述谐振腔12采用包含但不限于高导无氧铜等金属材料、或蓝宝石等非金属材料、或铜氧化合物、或铁(镍)基等超导材料及还可以是选择上述材料组成的复合结构。如图1所示的实施案例中，实施步骤一：首先，应先完成两半球的重合对位。设置恒温室23，将光学平台18、谐振腔12以及诸多部件放置在所述恒温室中，为系统的测量和判别提供稳定的温度环境，其中，所述谐振腔12通过支架17放置在光学平台18上。谐振腔12包括上半球12-1和下半球12-2，利用对位环10对上半球12-1和下半球12-2进行重合定位，该对位环10材料线性膨胀系数大于谐振腔的材料线性膨胀系数，优选所述对位环的线性膨胀系统是谐振腔材料的膨胀系数2倍或2倍以上，例如该对位环10采用聚酯材质；作为进一步的变形实施，该对位环10材料线性膨胀系数也可小于谐振腔的材料线性膨胀系数，优选所述对位环的线性膨胀系统是谐振腔材料的膨胀系数0.5倍或0.5倍以下；所述对位环10的内半径Ri与谐振腔赤道面外半径相当，在1cm～27cm之间，两者相差小于±1％，优选小于±0.2％，所述对位环10的外半径Ro是内半径Ri的1.1～1.5倍，所述对位环10的高h等于其内外半径差值(Ro-Ri)的0.7～2.0倍，利用两种材料线性膨胀系数差异，实现上、下两个半球赤道球面的精确重合对位。如图1所示的实施案例中，完成两半球的重合对位后，在进行准球形谐振腔的闭合前，采用实施步骤二，应完成如图1所示的系统连接和调试工作：控制与采集系统4与网络分析仪19、数显压力计3等进行连接，可采用信号电缆或无线信号等方式进行连接，实现控制与采集系统4对谐振腔闭合装置的状态的监控。控制与采集系统4连接到网络分析仪19，所述网络分析仪19在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量，网络分析仪19与谐振腔12的上天线9与下天线13相连接，所述上天本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准球形谐振腔闭合判别方法，其特征在于：步骤一，将所述准球形谐振腔放置在所述恒温室中，准球形谐振腔通过支架放置在光学平台上，利用对位环对准球形谐振腔的上半球和下半球进行重合对位；步骤二，完成两半球的重合对位后，向准球形谐振腔通入稳定流量的高纯低温气体，完成实验系统的连接和调试；步骤三，进行准球形谐振腔闭合工作，通过微波信号的精准测控与相对过量半宽度的精确计算，实现闭合过程中上、下半球赤道面间隙的精确监测，基于相对过量半宽度的变化趋势，从而实现准球形谐振腔闭合的精准判别。

【技术特征摘要】
2018.04.08 CN 201810307874X1.一种准球形谐振腔闭合判别方法，其特征在于：步骤一，将所述准球形谐振腔放置在所述恒温室中，准球形谐振腔通过支架放置在光学平台上，利用对位环对准球形谐振腔的上半球和下半球进行重合对位；步骤二，完成两半球的重合对位后，向准球形谐振腔通入稳定流量的高纯低温气体，完成实验系统的连接和调试；步骤三，进行准球形谐振腔闭合工作，通过微波信号的精准测控与相对过量半宽度的精确计算，实现闭合过程中上、下半球赤道面间隙的精确监测，基于相对过量半宽度的变化趋势，从而实现准球形谐振腔闭合的精准判别。2.如权利要求1所述的闭合判别方法，其特征在于：所述谐振腔包括微波天线，所述微波天线为直线天线或环形天线。3.如权利要求1所述的闭合判别方法，其特征在于：所述步骤三中测量包含但不限于TM11、TM12、TM13、TM14、TM15、TM16、TM17、TM18等单个和/或多个电磁模式。4.如权利要求1所述的闭合判别方法，其特征在于：所述步骤三中采用相对过量半宽度的变化作为闭合的判别依据。5.如权利要求1所述的闭合判别方法，其特征在于：所述步骤三中采用闭合完美指数作为评价指标。6.如权利要求1所述的闭合判别方...

【专利技术属性】
技术研发人员：高波，张海洋，陈燕燕，罗二仓，刘文静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11