本发明专利技术公开了一种铷原子频标频率漂移的自动修复装置，包括A/D采样模块，用于采集C场线圈电压并进行模/数转换；频率漂移检测模块，用于计算频率漂移量；控制模块，用于建立频率漂移量和C场线圈的数字电压信号的参照表，并根据实时检测的频率漂移量从参照表中选择C场线圈的数字电压信号作为电压设定值输出；D/A转换模块，将电压设定值进行数/模转换得到模拟式电压设定值；恒流源驱动模块，用于采集C场线圈的电压并将C场线圈的电压值同相放大后与模拟式电压设定值比较得到差值，且根据放大后的差值产生调整电压作用于C场线圈。本发明专利技术能自动修复铷原子频标的频率漂移并提高系统的稳定度。本发明专利技术还公开了一种铷原子频标频率漂移的自动修复方法。
Automatic repair device and method for frequency shift of rubidium atomic frequency standard
The invention discloses a device for automatic repairing frequency drift of rubidium atomic frequency standard, including the A/D sampling module, C is used for collecting field coil voltage and analog / digital conversion; frequency drift detection module is used to calculate the frequency drift; control module is used to establish the frequency shift and C digital voltage signal coil reference table, and according to the frequency drift detection in real time from the reference table in C field coil digital voltage signal as the voltage output; D/A converter module, the voltage setting value of DAC are analog voltage value; constant current source drive module is used for collecting C coils and voltage C field coil voltage amplification and analog phase voltage value comparison difference, and according to the difference between the amplification effects of the adjustment of voltage for C field coil. The invention can automatically repair the frequency excursion of the rubidium atomic frequency standard and improve the stability of the system. The invention also discloses an automatic repair method for frequency shift of rubidium atomic frequency standard.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及被动型铷原子频标领域，尤其涉及一种铷原子频标频率漂移的自动修 复装置及方法。
技术介绍
随着现代科技的发展，许多领域都需要更加稳定而精确的时间频率信号，传统的 机械定时和晶振定时已经不能满足需要。原子频标具有极高的稳定度和准确度，所以得到 了越来越广泛的运用。其中，铷原子频标体积小、重量轻且性能好，因而占有了很大的市场 份额。铷原子频标主要包括压控晶体振荡器、物理系统和电子线路。物理系统具体包括 产生抽运光的光谱灯、存储铷原子的集成滤光共振泡、存储微波场的微波腔、产生平行于所 述微波腔轴线的静磁场的C场线圈(即均勻磁场线圈)、检测光信号的光电池、将微波耦合 进所述微波腔的耦合环以及防止静磁场穿透的磁屏。电子线路具体包括射频倍频模块和综 合伺服模块。综合伺服模块包括用于产生频率合成指令、键控调频信号、同步鉴相参考信号 的微处理器、用于根据微处理器产生的频率合成指令产生综合调制信号的数字频率合成器 以及用于对物理系统产生的量子鉴频信号进行同步鉴相并产生作用于压控晶体振荡器的 电压控制信号的同步鉴相模块。射频倍频模块包括用于将压控晶体振荡器的输出频率进行 倍频的射频倍频单元和用于将经过所述射频倍频单元倍频后的压控晶体振荡器的输出频 率和数字频率合成器产生的综合调制信号进行倍频和混频的微波倍、混频单元。通常，铷原子频标经过长时间的连续工作后，铷原子频标的输出频率会随着时间 的推移而缓慢的变化。为了解决上述问题，目前常用的方法是通过改变光谱灯的温度或者 微波腔的温度来调整铷原子频标的输出频率，从而修正频率的漂移。然而，一方面，由于光 谱灯的温度或者微波腔的温度与铷原子频标的短期稳定度有很大关系，因而改变光谱灯的 温度或者微波腔的温度会严重影响铷原子频标的短期稳定度。另一方面，由于现有的修正 频率漂移的方法不能对铷原子频标进行自动的修正，因而铷原子频标经过长期工作后仍然 会有频率漂移现象。再一方面，对于不同的铷原子频标，其物理系统和电子线路结构不同， 现有修正频率漂移的方法不能用于修正不同结构的铷原子频标，因而使得现有修正频率漂 移的方法具有很大局限性。因此，有必要提供一种铷原子频标频率漂移的自动修复装置来克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铷原子频标频率漂移的自动修复方法及装置，能对物理 系统的中心频率进行微调，从而修复铷原子频标的频率漂移，进而提高铷原子频标输出频 率的稳定度。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种铷原子频标频率漂移的自动修复装置，包 括:A/D采样模块，用于采集物理系统中C场线圈的电压信号并将采集的C场线圈的电压信号转换为数字电压信号；频率漂移检测模块，用于将经过隔离放大后的压控晶体振荡器的 输出频率信号与高稳时钟信号比较得到频差，并将所述频差与原始频差比较得到频率漂移 量；控制模块，用于根据所述频率漂移检测模块发送的频率漂移量和所述A/D采样模块发 送的C场线圈的数字电压信号建立频率漂移量和C场线圈的数字电压的参照表，并根据所 述频率漂移检测模块发送的实时检测的频率漂移量从所述参照表中选择相应的C场线圈 的数字电压信号作为电压设定值输出；D/A转换模块，用于将所述控制模块发送的数字式 电压设定值转换为模拟式电压设定值；以及恒流源驱动模块，用于实时采集C场线圈的电 压，并将实时采集的C场线圈的电压值进行同相放大后与所述D/A转换模块发送的模拟式 电压设定值进行比较得到差值，且根据放大后的所述差值产生调整电压，作用于所述C场 线圈。较佳地，所述频率漂移检测模块为频率漂移和稳定度测试仪。较佳地，所述恒流源驱动模块包括采样电阻、采样放大器、差分放大器以及电压 调整器，所述采样电阻与所述C场线圈串联且通过所述A/D采样模块与所述控制模块相连， 所述采样放大器的两输入端与所述采样电阻的两端相连，所述采样放大器的输出端与所述 差分放大器的负输入端相连，所述差分放大器的正输入端与所述控制模块相连，所述差分 放大器的输出端与所述电压调整器的调整端相连，所述电压调整器的输入端与电源连接， 所述电压调整器的输出端与所述C场线圈相连。较佳地，所述恒流源驱动模块还包括滑动变阻器，所述滑动变阻器串联在所述采 样放大器的输出端和负输入端之间，所述滑动变阻器的滑片与所述采样放大器的输出端连 接。该滑动变阻器用于调整所述差分放大器负输入端的电压幅值。较佳地，所述恒流源驱动模块还包括二极管，所述二极管与所述C场线圈并联且 所述二极管的负极与所述调整器的输出端相连。该二极管用于防止引线较长使线路中出现 反向感应电压而损坏电路。较佳地，所述采样电阻为锰铜电阻。锰铜电阻的功率大，可以减小对整个恒流源驱 动模块的影响，并避免被烧坏。相应地本专利技术还提供一种铷原子频标频率漂移的自动修复方法，包括(1)建立压 控晶体振荡器的频率漂移量和C场线圈的数字电压信号的参照表；(2)根据实时检测的频 率漂移量从所述参照表中选择相应的C场线圈的数字电压信号作为电压设定值输出；(3) 将数字式电压设定值转换为模拟式电压设定值；(4)计算实时采集的C场线圈的电压值与 所述模拟式电压设定值的差值，并根据所述差值产生调整电压，作用于C场线圈。较佳地，所述步骤(1)之前先执行以下步骤将经过隔离放大后的压控晶体振荡器的输出频率信号与高稳时钟信号比较得到 频差，并将所述频差和原始频差进行比较得到频率漂移量，且同时采集C场线圈的电压信 号并将采集的C场线圈的电压信号转换为数字电压信号。较佳地，所述步骤⑷具体包括将实时采集的C场线圈的电压值进行同相放大；计算经过同相放大后的C场线圈的电压值与模拟式电压设定值的差值并放大所 述差值；根据放大后的所述差值产生调整电压，作用于C场线圈。与现有技术相比，一方面，由于C场线圈电流大小的改变对鉴频斜率及线宽的影 响小即对铷原子频标的稳定度影响小，因而本专利技术铷原子频标频率漂移的自动修复装置能 在保证铷原子频标的稳定度的前提下，微调物理系统的频率输出，从而实现修正铷原子频 标的频率漂移。另一方面，由于控制模块输出的电压设定值是根据实时检测的压控晶体振 荡器的输出频率来选择的，因而本专利技术的修复装置可根据压控晶体振荡器的输出频率自动 调整C场线圈电流的大小，从而实现自动修复频率漂移。再一方面，由于本专利技术铷原子频标 频率漂移的自动修复装置不受具体的铷原子频标结构的限制，因而具有通用性。通过以下的描述并结合附图，本专利技术将变得更加清晰，这些附图用于解释本专利技术 的实施例。附图说明图1为本专利技术铷原子频标频率漂移的自动修复装置与物理系统连接的结构框图。图2为恒流源驱动模块的电路图。图3为本专利技术铷原子频标频率漂移的自动修复方法的流程图。 具体实施例方式现在参考附图描述本专利技术的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。参考图1-2，本专利技术铷原子频标频率漂移的自动修复装置包括:A/D采样模块10、 频率漂移检测模块11、控制模块12、D/A转换模块13和恒流源驱动模块14。所述A/D采样模块10用于采集物理系统20中C场线圈Jl的电压信号并将采集 的C场线圈Jl的电压信号转换为数字电压信号。所述频率漂移检测模块11用于将经过隔 离放大后的压控晶体振荡器(未图示)的输出频率信号f与外部提供的高稳时钟信号&比 较得本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种铷原子频标频率漂移的自动修复装置，包括：Ａ／Ｄ采样模块，用于采集物理系统中Ｃ场线圈的电压信号并将采集的Ｃ场线圈的电压信号转换为数字电压信号；频率漂移检测模块，用于将经过隔离放大后的压控晶体振荡器的输出频率信号与高稳时钟信号比较得到频差，并将所述频差与原始频差比较得到频率漂移量；其特征在于，还包括：控制模块，用于根据所述频率漂移检测模块发送的频率漂移量和所述Ａ／Ｄ采样模块发送的Ｃ场线圈的数字电压信号建立频率漂移量和Ｃ场线圈的数字电压信号的参照表，并根据所述频率漂移检测模块发送的实时检测的频率漂移量从所述参照表中选择相应的Ｃ场线圈的数字电压信号作为电压设定值输出；Ｄ／Ａ转换模块，用于将所述控制模块发送的数字式电压设定值转换为模拟式电压设定值；以及恒流源驱动模块，用于实时采集Ｃ场线圈的电压，并将实时采集的Ｃ场线圈的电压值进行同相放大后与所述Ｄ／Ａ转换模块发送的模拟式电压设定值进行比较得到差值，且根据放大后的所述差值产生调整电压，作用于所述Ｃ场线圈。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：雷海东，管桦，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：83
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。