本发明专利技术公开了一种铷光谱灯的大功率启动方法及装置，其步骤：A、通过光电池检测光谱灯发出的到达置于微波腔底部光电池表面的光强；B、微弱的光电流经过光电流流过电阻，产生电压差，得到直流电压；C、光电压通过反相器产生LT信号接入下极三极管的基极，三极管为开关控制大功率电阻的大功率启动。光谱灯激励电路通过激励光谱灯发光，发出的光通过通光孔到达微波腔底部的光电池，光电池产生光电流与后级的光电流-电压转换电路相连产生直流电压信号，直流电压与后级的反相器相连，反相器输出为LT信号。LT信号直接与光谱灯激励电路的大功率控制端相连。方法易行，稳定可靠，易于实现。结构简单，使用方便，此装置反应灵敏，能使光谱灯快速起辉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及时间频率标准领域，更具体涉及一种原子频标铷光谱灯的大功率启动方法，同时还涉及一种原子频标铷光谱灯的大功率启动的装置，尤其适用于原子频率标准。
技术介绍
铷原子频标虽然在长稳指标上不如铯频标和氢频标，但重量轻、体积小、功耗低等特有优势再加上较适当的频率稳定度及漂移指标使它已足以满足大多数航天、军用及民用的要求。被动型铷原子频标由物理系统及电子线路两大部分组成，其中物理系统包括光谱灯、集成滤光共振泡、微波腔和光电探测器(光电池)、C场、磁屏等组成，电子线路由隔离放大、VCX0、综合、倍频混频、伺服等组成。物理系统提供量子鉴频基准，电子线路提供微波探询信号，电子线路与物理系统构成一个频率锁定环路，用以将压控晶体振荡器VCXO的输出频率锁定在物理系统的量子参考频率上。物理系统是被动型铷原子频率源的核心部件，起到鉴频器的作用，它提供一个频率稳定、线宽较窄的原子共振吸收线，频率源正是通过将压控晶体振荡器的输出频率锁定在物理系统的原子共振吸收峰上而获得稳定的频率输出的。由此可见频标的性能指标主要由物理系统决定。在被动型铷原子频标的物理系统中，抽运光源是一个无极放电的铷光谱灯，作为被动型铷原子频标的关键部件之一，铷光谱灯性能对系统的短期和长期稳定度指标有着直接的影响。从长稳的角度看，主要是光强的稳定性对日漂和日波动的贡献；从短稳的角度看，主要是光本底噪声对信噪比的贡献。灯泡内除了充有金属铷外，还充有激发电位低、化学性质稳定的惰性起辉气体(常用的起辉气体为Kr或Ar)。灯泡放在一个高频振荡线圈中，振荡频率约在IOOMHz左右，振荡功率一般在1-5W之间，整个灯由高频场激励并维持发光。光谱灯无极放电发光的原理大致如下高频电场对起辉气体中本来存在的少量离子和电子加速，使其动能增加，从而与起辉气体分子碰撞，产生更多的离子和电子，动能较高的离子或电子与起辉气体分子碰撞就能把起辉气体分子激发到激发态上去。当它回到基态时就可看到起辉气体分子发光。但若这种处在激发态的起辉气体分子与铷原子分子碰撞就可以把激发态能量转移给铷原子，自己无辐射的回到基态，而把铷原子激发到激发态上去。当铷原子从激发态回到基态时就可看到铷原子发光。当激励功率大时，光谱灯容易起辉，但是激励功率越大，灯泡的寿命越短，这是因为激励功率大，灯泡中铷的损耗大。另外，激励功率大，产生的热量多，灯室则不容易被恒温，同时对系统中其它电路的高频干扰也大，不易消除。所以，一般在保证灯稳定工作的条件下，应该用尽可能小的激励功率。另外，为了得到稳定的抽运光，整个灯室包括灯泡和振荡器电路都应该恒温，把温度控制在铷原子稳定发光的温度上。然而，为了入原子钟快速锁定稳定工作，要求铷光谱灯快速起辉并且尽快进入稳定工作区，就需要采用一定措施保证灯泡内的稀有气体原子被快速的激发和电离从而发光。除了选择低起辉电压的稀有气体填充铷泡外，本专利技术从电路着手使光谱灯快速起辉。目前，铷光谱灯大功率启动的方法一般利用电流反馈的电路来调节射频功率使得光谱灯快速起辉，该方法课参考us. Pat. No. 4721890。另外，也有采用在调节射频功率的同时采用开机预热的方式使得光谱灯快速起辉的方法，该方法可参考美国专利US. Pat. No.4456891。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种原子频率标准用大功率启动的方法，方法易行， 操作简便，原理简单，性能稳定可靠，易于实现。本专利技术的另一个目的是在于提供了一种原子频率标准用大功率启动的装置，结构简单，使用方便，此装置反应灵敏，能使光谱灯快速起辉。一种铷光谱灯的大功率启动的方法，其步骤是A、通过光电池检测光谱灯发出的到达置于微波腔底部光电池表面的光强，光电池产生微弱的光电流接入后级的光+、光-端。B、微弱的光电流经过光电流流过采样电阻R5，在电阻R5上产生电压差，然后经过运放Ul进行电流-电压转换，将光电流转换为光电压，得到直流电压DV。C、光电压DV通过反相器产生LT信号接入下极三极管的基极，三极管作为一个开关控制是否将大功率电阻并入灯起辉电路从而控制光谱灯的大功率启动。所述的大功率是指通过提高激励线圈L2上的射频电压从而使得射频功率增加。一种原子频率标准用大功率启动的装置，它包括以下两个部分(a)加入大功率启动装置和温度补偿措施的激励电路。(b)通过光检测将光电流转换为光电压转换电路。大功率启动装置包括它包括光谱灯激励电路I，光电流-电压转换电路II，反相器 III，其连接关系是光谱灯激励电路I通过激励光谱灯发光，然后发出的光通过通光孔到达置于微波腔底部的光电池，光电池产生光电流与后级的光电流-电压转换电路11相连产生直流电压DV信号。DV与后级的反相器III相连，反相器III输出为LT信号。LT信号直接与光谱灯激励电路I的大功率控制端相连控制光谱灯的大功率启动。本专利技术所采用的光谱灯激励电路采用的是串联型改进电容三端式电路，又称克拉泼振荡电路，其主要优点是频率稳定度高，其电路连接见图2。激励电路包括晶体管Q1，三极管Q2，反馈电容Cl，可调电容C2，限流电阻Rl，上偏电阻R2，下偏电阻R3，大功率启动电阻R4，发射极电感Li，激励线圈L2，二极管Dl。其连接关系是上偏电阻R2接电源20V，上偏电阻R2另一端和下偏电阻R3串联，同时上偏电阻R2与用于大功率启动的R4与Q2的串联进行并联，然后电阻R3经二极管Dl接地，共同设置晶体管Ql基极偏置点。晶体管Ql的集电极接20V供电，晶体管Ql的发射极接限流电阻Rl和射极电感Ll接地。晶体管Ql的基极和发射极之间接反馈电容Cl。晶体管Ql的基极接激励线圈L2和可调电容C2接地。本专利技术所采用的光电流-电压转换电路包括置于微波腔底部的光电池，运放U1， 电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，反相器Al。其连接关系是光电池D2出来的电流信号光+、光-之间串接采样电阻R5，同时光+端接电阻R6，光-端接电阻R7。电阻R7、电阻R6另一端分别接运放Ul的正、负输入端，电阻R7的另一端接R9接地。电阻R8接入运放Ul的负输入端与运放输出之间。运放输出信号DV接后级的反相器Al的输入端。反相器Al的输出端LT接入后级控制大功率启动三极管Q2的基极。此光电池除了探测灯是否起辉以外，还用作光检测，即通过检测Rb87吸收泡的透射光强的变弱来检测磁共振。在被动型铷原子频标光检测和信号传送的光电系统中，光电检测器件的作用是将载有原子共振跃迁信息的光辐射能量变换为电能，并在实现这种变换的过程中完成信息的传递。检测器件是沟通物理系统和电子系统的接口环节，它既是光路元件又是电路元件，有着光学和电子学的双重属性。本专利技术选用硅光电池作为光电探测器， 因其灵敏度在SOOnm比较好。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果其结构简单，元器件少，性能稳定可靠，控制反应速度灵敏，能够使得铷光谱灯在短时间内快速起辉。附图说明图1为一种原子频率标准用大功率启动方法示意2为一种原子频率标准用大功率启动装置灯激励电路示意3为一种原子频率标准用大功率启动装置光电流-电压转换电路示意图。具体实施例方式实施例1 一种原子频率标准用大功率启动方法，其步骤是A、通过光电池检测光谱灯发出的到达置于微波腔底部光电池表面的光强，光电池产生微弱的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种铷光谱灯的大功率启动的方法，其步骤是：Ａ、通过光电池检测光谱灯发出的到达置于微波腔底部光电池表面的光强，光电池产生微弱的光电流接入后级的光＋、光－端；Ｂ、微弱的光电流经过光电流流过采样电阻Ｒ５，在电阻Ｒ５上产生电压差，然后经过运放Ｕ１进行电流—电压转换，将光电流转换为光电压，得到直流电压ＤＶ；Ｃ、光电压ＤＶ通过反相器产生ＬＴ信号接入下极三极管的基极，三极管作为一个开关控制大功率电阻并入灯起辉电路控制灯的大功率启动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤超，余钫，李超，金鑫，高伟，邢彦超，杨俊，管妮娜，盛荣武，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：83
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