氢原子钟脉泽振荡器结构制造技术

一种氢原子钟脉泽振荡器结构，包括依次安装于一真空室中的原子束源、能态选择器、腔－泡组件，以及二根信号耦合电缆，其中该腔－泡组件的上盖采用碟形弹簧压紧结构，而其下盖采用六只滚轴支持结构；以及采用漂浮支撑基板结构；用一薄壁圆筒套在该腔－泡组件、上盖压紧结构和下盖支持结构外面，其下端为内开槽哈复设计固定在该漂浮基板上，而上端穿过６只螺栓紧固碟形弹簧，从而形一近实体结构而提高了稳定性和抗震能力。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种氢原子钟的部件结构，具体地说，是一种氢原子钟中的氢原子振荡器(或称脉泽振荡器)的改进结构。氢原子频标(俗称氢原子钟)是一种高精度的时间和频率标准。由于它准确度高，稳定度好，因此在国防、空间技术和现代科学试验中有着重要的应用。氢原子钟是由氢原子振荡器(脉泽振荡器)输出的高稳定的频率信号作为标准，通过一个相位锁定线路去控制一个高稳晶体振荡器的频率而构成的。它的主要部分是氢原子脉泽振荡器，相当于氢原子钟的“钟摆”，是重要的核心部件。氢原子钟的性能就主要决定于这一部分。氢原子脉泽振荡器是由原子束源、能态选择器以及原子储存泡和微波谐振腔等主要部位构成。原子束源产生氢原子，经能态选择器的强非均匀磁场的作用而选择出高能级氢原子并聚焦而处于谐振腔中心的原子储存泡入口并进入储存泡中，与谐振腔中高频磁场相互作用，从高能级跃迁到低能级而同时释放能量，其伴随的频率信号非常稳定而由输出耦合环输出。现有的氢原子脉泽振荡器的谐振腔-储存泡(简称腔-泡)结构分为两体，腔体的底板通过三只石英柱放置在钟罩底板上，腔的顶板则用六只螺旋形弹簧压紧，因此其腔-泡结构很不稳定，且不能倒置。在真空状态下，由于大气的压力使钟罩底板发生形变，通过三只石英柱传递给腔底板，使谐振腔变形而使腔谐振频率变化，这是不希望发生的。另外，腔顶上六只螺旋形弹簧压紧时，腔顶受力也很不均匀，因此这种结构由于外界热和机械变化都会使腔体受到影响而使谐振频率发生变化。另外，腔-泡外面的磁屏蔽筒采用平顶结构，也易受应力变化而降低磁屏蔽作用。同样，腔-泡外的磁场线圈是在铝筒外面用漆包线密绕而成，不但所产生的磁场不均匀，而且重量也重。以上这些都是很不理想的结构设计。本技术的目的是克服已有氢原子脉泽振荡器的缺点，提供一种性能指标高，工作可靠和坚固防震性好的氢原子脉泽振荡器。本技术的技术解决方案是将氢原子脉泽振荡器的谐振腔-储存泡结构改进为一近“实体形结构”，腔底板的下面设漂浮基板，漂浮基板与真空罩底板几乎不接触，腔底板通过六只滚柱放于漂浮基板上；腔顶板上用碟形贝氏弹簧代替现有通用的螺旋弹簧结构。当谐振腔通过这些改进设计的部件压紧时，便构成为一个近实体整体。腔体在真空状态中由于大气压变化，因此，当采用漂浮基板，而免受应力影响，而六只滚柱以及贝氏弹簧的应用能吸收腔体因外界温度变化而产生的径向和轴向的应力变化，即是说，由于上述这些改进设计而使腔体免受各种应力变化，从而保持腔体谐振频率不变。另外，磁屏蔽改为锥形，减小应力形变而改善磁屏效果。同样，磁场线圈改用多层印刷线路制作，既均匀又轻巧。如上述，本技术包括原子束源、能态选择器、微波谐振腔和原子储存泡，以及二根信号耦合电缆，它们依次安装于一真空室中，且该原子储存泡体位于该微波谐振腔体内，形成腔-泡组件，该泡体的脖颈与该能态选择器相连通；该腔-泡组件与其固定结构构成近实体结构，该腔-泡组件的上盖压紧结构系采用碟形弹簧结构，而其下盖支持结构系采用六只滚轴结构；腔泡组件的支撑板则采用漂浮基板结构；腔-泡组件的固定压紧结构包括一薄壁圆筒，其套在该腔-泡组件、上盖压紧结构和下盖支持结构，其下端为内开槽哈复设计固定在该漂浮基板上，而上端穿过6只螺栓紧固碟形弹簧；进一步，该均匀磁场产生构件系采用内、外两层印线电路线圈结构，中间为主线线圈，两端为辅助线圈，该屏蔽磁场构件由玻莫合金筒构成；且共为四层；上述的该漂浮基板是浅型，其与真空罩底板成线接触；又腔-泡组件之固定压紧结构中之薄壁圆筒，其上端穿过6只螺栓紧固在碟形弹簧上之压力为200公斤；还有，该原子储存泡系为采用薄石英圆环加焊空心石英管作支架烧焊在球形石英泡的结构，而两根信号耦合电缆为半钢性电缆，它们在真空室内沿“脖颈”行走，一端穿过钛离子泵内膛，拧到离子泵下表面对称的两个真空密封高频插头上，两根电缆的另一端固定在腔下盖上对称分布的两个耦合环结构上，一个为输出耦合环，一个为变容管耦合环，变容管在腔内；和钛离子泵与腔一泡组件及磁屏组件的连接支撑结构为圆形厚铝板及三根钛杆，其一端固定在厚圆铝板上，另一端穿过四层磁屏蔽拧进真空室基板上，钛离子泵用二根粗不锈钢杆固定在厚圆支撑铝板上；最后，该氢钟脉泽振荡器设有厚圆支撑铝板，其上对称固定着延伸四个支撑板，它们分别固定在氢钟支架四个垂直腿上所焊设的三角形支撑块上之防震器上。本技术与已有技术相比，具有诸多优越性，在性能指标、工作可靠性、坚固防震性以及实用性等方面有着明显的进步效果。1.频率准确度高现有技术为n×10-12，而本技术为5×10-132.稳定度高现有技术为8×10-13/秒，4×10-14/小时，而本技术为2×10-13/秒，7×10-15/小时；3.防震性好，便于安装现有技术为只能垂直放置，不能整体运输；而本技术可任意安装放置，甚至倒置，可整体运输；4.工作可靠性好现有技术只能间断工作，寿命短，而本技术可连续工作，寿命长；5.实用性好现有技术只能在实验室环境应用，而本技术既可在实验室使用，又可在工程车上运转。本技术的附图简单说明如下附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术中的腔-泡结构示意图。图3是本技术之图2中的上盖压紧结构放大示意图。图4是本技术图2中的下盖支持结构放大示意图。图5是本技术的应用示意图，它显示氢原子钟的脉泽振荡器在氢钟机架中的支撑、架设及防震布置及结构下面，根据图1～图5给出本技术一个较好实施例，并通过对该实施例的描述，进一步提供本技术的技术细节。请参阅图1，如图所示，本技术的氢原子钟脉泽振荡器结构包括原子束源1，能态选择器2，腔-泡组件及其结构构成的构件3，其中原子束源1，能态选择器2和腔-泡组件31依次排列而处于同一真空室内，原子束源1产生氢原子，经能态选择器2(即磁透镜，本实施例中为六极磁铁)的强非均匀磁场的作用，分离出其中的高能级氢原子并使选择出来的高能级氢原子聚焦于腔-泡组件31中的原子储存泡入口3110并进入该储存泡311中。本实施例中，该腔-泡组件及其结构构成件3，其中腔-泡组件31的上盖压紧结构312如图所示，它是采用碟形弹簧结构，其包括碟形弹簧支架3121、碟形弹簧3122和压紧螺栓3123，拧紧压紧螺栓3123，直至使碟形弹簧3122受压产生的位移不随压力变压为止。这就是说，上盖压紧结构312吸收腔-泡组件31因温度变化所引起的轴向应力形变；而腔-泡组件31之下盖支持结构313则采用六只滚轴结构(如图3所示)消除了腔-泡组件因温变化所引起的径向应力形变；本技术中的腔-泡组件31的支撑板不是采用固定结构，而是采用漂浮基板结构314，其与真空室基板几乎无接触面积，以消除真空基板因大气变化所致的形变对腔-泡组件31的影响，本实施例中的漂浮基板为浅形板结构，其与真空室底板成线接触，达到漂浮之目的。本实施例中，腔-泡组件31的固定压紧结构采用一薄壁圆筒套在以上所说的腔-泡组件31及其附设部件外面，其具定坚压方式是本技术防震可以倒置、任意放置的关键所在薄壁圆筒315下端用内开槽哈复设计(见图3)固定在漂浮基板314上，该薄壁圆筒315上端穿过6只螺栓3123吃在碟形弹簧3122上以大约200公斤的力将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢原子钟脉泽振荡器结构，包括原子束源、能态选择器、微波谐振腔和原子储存泡，以及二根信号耦合电缆，它们依次安装于一真空室中，且该原子储存泡体位于该微波谐振腔体内，形成腔－泡组件，该泡体的脖颈与该能态选择器相连通；其特征在于：该腔－泡组件与其固定结构构成近实体结构，该腔－泡组件的上盖压紧结构系采用碟形弹簧结构，而其下盖支持结构系采用六只滚轴结构；腔－泡组件的支撑板则采用漂浮基板结构；腔－泡组件的固定压紧结构包括一薄壁圆筒，其套在该腔－泡组件、上盖压紧结构和下盖支持结构外面，其下端为内开槽哈复设计固定在该漂浮基板上，而上端穿过６只螺栓紧固碟形弹簧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟造成，陆家复，黄亨祥，张为群，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]