【技术实现步骤摘要】
一种铯束管磁屏蔽及铯原子钟磁敏感度的优化设计方法
[0001]本专利技术涉及原子频标
，具体涉及一种铯束管磁屏蔽及铯原子钟磁敏感度的优化设计方法。
技术介绍
[0002]铯原子钟是精密的一级时间频率标准计量产品，具有频率准确度好、长期稳定度好、漂移率低、环境适应性强和可靠性高的优点，被用于守时、授时、通信、电力等领域。
[0003]铯原子钟的物理部分为铯束管，用于产生高稳定鉴频信号。磁屏蔽主要指的是安装在铯束管微波腔外的具有高磁导率的结构件，用于屏蔽微波腔C场区域外磁场，防止干扰C场区域内用于铯原子能级分裂的磁场。铯束管内其余部组件如电子倍增器、荧光收集器也需要考虑磁屏蔽设计。在干扰磁场中，主要涉及：铯束管内的选态器磁场、钛泵磁场和质谱计磁场等，以及铯束管或铯原子钟外部的磁场。此外，磁屏蔽材料的密度较大，且用量多、体积大，占据铯束管中较大比例的重量，对铯原子钟的小型轻量化设计与实现有重要影响。
[0004]C场区域外部的磁场影响会导致铯原子钟的频率稳定性和准确性变化。铯束管中的磁屏蔽能够将磁场屏蔽掉，从...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铯束管磁屏蔽及铯原子钟磁敏感度的优化设计方法，其特征在于，包括以下八个步骤：步骤(一)铯束管(1)的管壳(11)的内部中央位置处设置微波腔(2)；管壳(11)内部、微波腔(2)两侧设置态制备器(4)和态检测器(5)；在微波腔(2)与态制备器(4)、态检测器(5)之间设置多层磁屏蔽结构；在态制备器(4)、态检测器(5)与管壳(11)之间设置多层磁屏蔽结构；确定每个屏蔽层的参数初始值；步骤(二)根据磁屏蔽设计与磁屏蔽效能之间关系，得出每层磁屏蔽结构的磁屏蔽效能设计值、磁屏蔽内空间的磁场设计值以及总的磁屏蔽效能设计值；步骤(三)根据总的磁屏蔽效能值与C场区域内剩磁之间关系，得出铯原子钟铯束管微波腔C场区域内的剩余磁场设计值；步骤(四)根据铯原子钟磁敏感度与磁场之间的关系，得出铯原子钟磁敏感度设计值；步骤(五)以铯原子钟磁敏感度要求值及铯原子钟使用环境的磁场要求值为依据，根据铯原子钟磁敏感度与磁场之间的关系，得出铯原子钟铯束管微波腔C场区域内的剩余磁场设计值；步骤(六)判断铯原子钟磁敏感度设计值与要求值之间的大小；当铯原子钟磁敏感度的设计值小于或等于要求值时，说明磁屏蔽设计满足铯原子钟磁敏感度的要求，否则重新步骤(一)至(六)，直到磁屏蔽设计满足铯原子钟磁敏感度的要求为止；步骤(七)根据步骤(六)中磁屏蔽设计满足铯原子钟磁敏感度的要求的结果，步骤(二)中结果，以态制备器和态检测器所在区域磁场的要求值为依据，判断态制备器和态检测器所在区域内磁场的设计值与要求值之间的大小；当态制备器和态检测器所在区域内磁场的设计值小于等于对应要求值时，则磁屏蔽设计满足态制备器和态检测器的磁场要求，否则重新步骤(一)至(七)，直到磁屏蔽设计满足态制备器和态检测器的磁场要求为止；步骤(八)根据步骤(七)中磁屏蔽设计满足态制备器和态检测器的磁场要求的结果，对磁屏蔽设计开展磁屏蔽及磁敏感度的优化设计，通过改变磁屏蔽参数进行参数迭代优化，根据步骤(一)至步骤(七)，并结合铯束管或铯原子钟的其他设计要求，确定得出一组优化后的磁屏蔽参数设计值作为最终的磁屏蔽参数设计值。2.如权利1要求所述的一种铯束管磁屏蔽及铯原子钟磁敏感度的优化设计方法，其特征在于，所述总的磁屏蔽效能设计值为g：其中：g为总的磁屏蔽效能；m为磁屏蔽层的总层数；H0为最外层磁屏蔽层外部的环境磁场大小；H
m
为最内层磁屏蔽层内部空间的磁场大小，g
i
为第i层磁屏蔽层的磁屏蔽效能，且：其中H
i0
为第i层磁屏蔽层外部的磁场大小；H
i2
为第i层磁屏蔽层内空间的磁场大小；μ
i1
为第i层磁屏蔽层的相对磁导率；μ
i2
为第i层磁屏蔽层内空间材料的相对磁导率；l
i1
为第i层磁屏蔽层的长度；l
i2
为第i层磁屏蔽层内空间长度；S
i1
为第i层磁屏蔽层等效圆截面积；S
i2
为第i层磁屏蔽层内空间的等效圆截面积。3.如权利2要求所述的一种铯束管磁屏蔽及铯原子钟磁敏感度的优化设计方法，其特征在于，对于外形尺寸为a
i1
×
b
i1
×
c
i1
长宽高、内形尺寸为a
i2
×
b
i2
×
c
i2
的矩形盒的磁屏蔽结构，计算等效截直径D
i1
和D
i2
时是将外磁场H0垂直的截面作圆面...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，陈江，刘志栋，王骥，杨炜，成大鹏，郑宁，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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