【技术实现步骤摘要】
氢原子钟的温度控制系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种温度控制系统，具体涉及一种氢原子钟的温度控制系统及方法。
技术介绍
[0002]目前，自激型氢原子钟由于采用原子储存泡技术，使得共振谱线大为变窄，氢原子频标的准确度可达3
×
10-13
，稳定度可达10-16
/天；同时其谐振腔采用TE
011
模式电磁场结构更使其具有高品质因子，优越信噪比和鉴频能力等诸多良好特性。
[0003]然而此腔泡结构却对温度环境提出近乎苛刻的要求，其对温度起伏的限制要求高出铯钟几十倍乃至百倍。鉴于温度变化是影响氢原子钟输出频率长期稳定度的重要因素。因此为了达到更好的长期稳定度，提高腔泡组件的温度稳定度是非常必要的
[1]。
[0004]温度对于氢原子钟来说是个很重要的因素，温度控制不好会引起氢原子钟稳定度变差；温度失控会直接导致氢原子钟没有中频信号输出。因此在温度控制的设计中首先要做到可靠、稳定。
[0005]下面将重点介绍氢原子钟中与温度有关的影响因素。<...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢原子钟的温度控制系统，其包括至少一个与氢原子钟的温度控制区一一对应的温度控制模块，其特征在于，所述温度控制模块包括依次连接的稳压模块(1)、基准电压源(2)、电桥电路(3)、ADC读取模块(4)以及温度计算和PID控制模块(5)，所述温度计算和PID控制模块(5)与所述稳压模块(1)连接，所述温度计算和PID控制模块(5)还通过一PWM输出模块(6)与一加热模块(7)连接，并通过一串口通信模块(8)与一上位机(9)连接，所述加热模块(7)包括加热丝，加热丝绕制于对应的温度控制区；所述电桥电路(3)的电源端与所述基准电压源(2)连接，所述电桥电路(3)包括在电源端和地之间依次串联的一热敏电阻(Rt)和第一分压电阻(R1)，以及在电源端和地之间依次串联的第二分压电阻(R2)和第三分压电阻(R3)，所述热敏电阻(Rt)和第一分压电阻(R1)之间为第一输出端(U1)，所述第二分压电阻(R2)和第三分压电阻(R3)之间为第二输出端(U2)，第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)和第三分压电阻(R3)均为高精度低温漂电阻；所述热敏电阻镶嵌于对应的温度控制区所对应的壁中并通过热熔胶密封；所述温度计算和PID控制模块(5)设置为根据采集得到的电桥电路(3)的第一输出端(U1)和第二输出端(U2)的电压差来确定当前温度，并根据当前温度确定PID控制的输出量。2.根据权利要求1所述的氢原子钟的温度控制系统，其特征在于，所述稳压模块(1)设置为给所述温度计算和PID控制模块(5)和所述基准电压源(2)供电，所述稳压模块(1)包括依次连接的稳压电源(11)和稳压器(12)，稳压器(12)的电压输出端VOUT与所述温度计算和PID控制模块(5)连接，稳压电源(11)的直流电压输出端OUT与基准电压源(2)连接。3.根据权利要求2所述的氢原子钟的温度控制系统，其特征在于，所述稳压电源(11)为LM2596S系列芯片，其输出电压为5V直流电压；稳压器(12)为AMS1117-3.3芯片，其输出电压值为3.3V，基准电压源(2)的芯片型号为ADR4525。4.根据权利要求1所述的氢原子钟的温度控制系统，其特征在于，所述ADC读取模块(4)的两个通道分别与电桥电路(3)的第一输出端(U1)和第二输出端(U2)连接。5.根据权利要求1所述的氢原子钟的温度控制系统，其特征在于，所述电桥电路(3)的热敏电阻Rt的阻值为：所述当前温度为：式中，U1为电桥电路(3)的第一输出端的电压，U2为电桥电路(3)的第二输出端的电压，ΔU为电桥电路(3)的第一输出端(U1)和第二输出端(U2)的电压差；U
基准
为基准电压源的电压；Rt为在当前温度T时热敏电阻的阻值，R1、R2、R3分别为第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻的阻值；R0为在参考温度T0时热敏电阻的阻值；T为当前温度；T0为参考温度；B为负温度系数热敏电阻的材料常数，其通过拟合得到；exp为自然数e为底的指数；其中，PID控制的输出量为：
其中，u为PID控制的输出量；K
p1
、K
p2
为第一、第二比例系数，K
p1
>K
p2
；K
i
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