一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备。该设备包括：振荡模块，用于接收原子频标的伺服环路的输出信号，并将原子频标的伺服环路的输出信号反相后输出；执行模块，用于根据振荡模块的输出信号动作，以控制原子频标的量子系统能否完成量子鉴频；信号检测模块，用于根据振荡模块的输出信号测量振荡环路的振荡周期，振荡环路由振荡模块、执行模块和原子频标构成。通过本实用新型专利技术提供的设备可以准确测量出原子频标系统的环路响应时间。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子测量领域，特别涉及一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备。
技术介绍
目前，被动型原子频标作为高稳定、高精准的时间同步源被广泛应用在通讯等领域。参见图1，被动型原子频标的伺服控制环路一般是由量子系统(又称物理系统)和电路系统组成。其中，量子系统提供一个峰点频率稳定、线宽较窄的原子共振吸收线作为频率基准，起量子鉴频器的作用；电路系统将VCXO(Voltage Controled X' tal Oscillator，压控晶体振荡器)的输出频率锁定在原子共振吸收线的峰点上。被动型原子频标的基本工作原理为，VQCO的输出信号经过倍频与综合，再经微波倍频混频后得到一个微波探询信号，此微波探询信号输入量子系统，量子系统对该微波探询信号进行鉴频，在光电池上得到鉴频信号，此鉴频信号经过伺服环路的处理后得到纠偏电压后对VCXO进行压控，从而将VCXO的输出频率锁定到原子共振吸收线的峰点上。在实现本技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题在被动型原子频标的伺服控制环路中，量子系统、VCXO以及伺服环路中的相敏检波器等均具有非线性特性，环路分析非常复杂，而整个系统的环路响应时间更加难以分析。 其中，量子系统实际的驰豫时间在很大程度上限制了整个系统的环路响应时间，再加上各电路模块的相位问题，给伺服环路误差信号采集及相应纠偏电压的输出带来很大的不便， 如图2所示，由于量子系统的驰豫时间及电路的相位差，导致伺服环路无法根据相应的同步参考信号Y来真实采集量子鉴频信号X在A点和B点的压差。
技术实现思路
为了测量原子频标系统的环路响应时间，本技术实施例提供了一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备。所述技术方案如下一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备，包括用于与原子频标的伺服环路的输出端相连的振荡模块，所述振荡模块接收所述原子频标的伺服环路的输出信号，并将所述原子频标的伺服环路的输出信号反相后输出；与所述振荡模块的输出端相连的执行模块，所述执行模块根据所述振荡模块的输出信号动作，以控制所述原子频标的量子系统能否完成量子鉴频；及与所述振荡模块的输出端相连的信号检测模块，所述信号检测模块根据所述振荡模块的输出信号测量振荡环路的振荡周期，所述振荡环路由所述振荡模块、所述执行模块和所述原子频标构成。具体地，所述振荡模块为环形振荡器。具体地，所述环形振荡器由奇数个非门构成且所述非门至少为3个。其中，所述原子频标的伺服环路包括可编程逻辑芯片，所述环形振荡器由所述可3编程逻辑芯片产生。具体地，所述执行模块为位于所述量子系统中光谱灯与集成滤光共振泡之间的快门 Shutter。本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过振荡模块、执行模块、 与原子频标构成振荡环路，从而可以通过信号检测模块测量该振荡环路的振荡周期，进而可以准确测量出原子频标的环路响应时间。根据测得的环路响应时间及相关综合模块的处理，一方面伺服环路可以很精确地采集压差信号；另一方面，通过测量的环路响应时间， 我们可以在伺服环路进行量子纠偏时，对其具体的诸如采样时间、采样点数、单位时间(如 10S)纠偏次数等电路参数精确设置，进而进一步提高原子频标的精度。附图说明图1是被动型原子频标的结构框图；图2是现有的原子频标的伺服环路在同步鉴相时的伺服采集图；图3是本技术实施例1提供的一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备的结构示意图；图4是本技术实施例2提供的一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备的结构暨使用状态示意图；图5是本技术实施例2中的振荡模块的工作原理图；图6是本技术实施例2中的振荡环路的工作原理图；图7是采用本技术实施例后原子频标的伺服环路在同步鉴相时的伺服采集图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。为便于对本技术所述设备的描述，下面首先对被动型原子频标进行介绍。一般地，被动型原子频标在伺服控制环路锁定过程中，量子系统、相敏检波器、压控振荡器等均表现出非线性特性。而当环路锁定后，各部件都只工作在中心频率附近的很小的线性区内，因此可以将其线性化，即整个原子频标每一次的量子鉴频(物理过程)到伺服纠偏(电路响应)的闭环过程可以看作是不变的。基于此，本技术提供了一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备。实施例1本技术实施例提供了一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备，如图3所示，该设备包括振荡模块101、执行模块102和信号检测模块103。其中，所述振荡模块101 的输入端与原子频标的伺服环路104相连，用于接收所述原子频标的伺服环路104的输出信号，并将所述原子频标的伺服环路104的输出信号反相后输出；所述执行模块102与所述振荡模块101的输出端相连，用于根据所述振荡模块101的输出信号动作，以控制所述原子频标的量子系统105能否完成量子鉴频；所述信号检测模块103与所述振荡模块101的输出端相连，用于根据所述振荡模块101的输出信号，测量振荡环路的振荡周期，所述振荡环路由所述振荡模块101、所述执行模块102和所述原子频标构成。图3中的粗箭头分别表示信号的输入和输出。本实施例的环路振荡周期测量设备通过振荡模块、执行模块、与原子频标构成振荡环路，从而可以通过信号检测模块测量该振荡环路的振荡周期，根据测得的振荡环路的振荡周期和振荡模块101的振荡周期即可计算出原子频标的环路响应时间。如图7所示， 根据测得的环路响应时间及相关综合模块的处理，一方面伺服环路可以很精确地根据同步参考信号Y中的D点分别采集对应信号X中的A，B的压差信号；另一方面，通过测量的环路响应时间，我们可以在伺服环路进行量子纠偏时，对其具体的诸如采样时间、采样点数、单位时间(如10 纠偏次数等电路参数进行精确设置，进而进一步提高原子频标的精度。实施例2本技术实施例提供了一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备，如图4所示， 在本实施例中，所述原子频标包括压控晶体本振204、电子线路205、可编程逻辑芯片206、量子系统207和伺服环路208，所述量子系统207至少包括光谱灯2071、集成滤光共振泡2072、磁屏 2073、恒温2074和腔2075，前述部件完成一台标准原子频标的工作，其工作原理与传统原子频标原理相同，此为本领域技术人员熟知，故在此省略详细描述。需要说明的是，在本实施例中， 所述可编程逻辑芯片206是伺服环路208的一部分，为了便于说明将其独立表示。本实施例的环路振荡周期测量设备包括振荡模块201、执行模块202和信号检测模块203。其中，参见图4，振荡模块201的输入端与原子频标的伺服环路208相连，接收伺服环路208的输出信号，振荡模块201的输出端与执行模块202和信号检测模块203相连， 该振荡模块201用于将伺服环路208的信号反相后发送至执行模块202和信号检测模块 203。所述执行模块202与振荡模块201的输出端相连，用于根据振荡模块201的输出信号动作，以控制所述原子频标的量子系统207能否完成量子鉴频。所述信号检测模块203与振荡模块201的输出端相连，用于接收振荡模块201的输出信号，根据该输出信号测量振荡环路的振荡周期，该振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于原子频标的环路振荡周期测量设备，其特征在于，所述设备包括：用于与原子频标的伺服环路的输出端相连的振荡模块，所述振荡模块接收所述原子频标的伺服环路的输出信号，并将所述原子频标的伺服环路的输出信号反相后输出；与所述振荡模块的输出端相连的执行模块，所述执行模块根据所述振荡模块的输出信号动作，以控制所述原子频标的量子系统能否完成量子鉴频；及与所述振荡模块的输出端相连的信号检测模块，所述信号检测模块根据所述振荡模块的输出信号测量振荡环路的振荡周期，所述振荡环路由所述振荡模块、所述执行模块和所述原子频标构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷海东，张霞，詹志明，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：实用新型
国别省市：83