铷原子频标温度系数的智能补偿装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及铷原子频标温度系数的智能补偿装置及其方法，所述铷原子频标包括晶振、物理系统和电路控制系统，所述智能补偿装置连接在物理系统和电路控制系统之间，该补偿装置包括相互连接的数字温度探测器，用于对所述物理系统的温度变化进行检测；微处理器，根据所述铷原子频标的频率和物理系统之间的温度关系对检测到的温度数据进行处理，设定物理系统C场线圈的电压值；D/A转换模块，用于将设定的电压值进行D/A转换并输出至物理系统。该装置的应用可以有效改善铷原子频标温度系数大、对使用环境温度稳定性要求较高的弱点，满足铷原子频标在多种环境下的使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铷原子频标技术，尤其涉及。
技术介绍
铷原子频标以其体积小、重量轻、功耗低已广泛应用于机载、弹载、通信网络节点同步等领域。由于生产工艺的提高、电子技术的发展，铷原子频标的频率准确度及稳定度得到进一步提高，使得其应用领域不断扩展。铷原子频标是一种被动型原子频标，主要由晶振、物理系统和电路控制系统三部分组成。晶振的输出信号经变频后利用物理系统进行鉴频，构成闭合锁频环路。铷原子频标物理系统由光谱灯、吸收泡、微波谐振腔以及光敏管检测器组成。电路控制系统是晶振和物理系统之间的纽带，形成闭环控制系统。当压控晶振的频率经变频后的频率高于跃迁频率时，由物理系统吸收线鉴频后产生的误差电压，此电压经电路部分的放大链、伺服环路之后产生一个纠偏电压加到晶振的压控端，使晶振频率变低。当晶振频率经变频后的频率低于跃迁频率时，则有相反的控制结果使晶振频率升高。当接近时，铷原子频标处于锁定状态，可实用的铷原子频率标准信号从压控晶振输出。铷原子频标物理系统的特性，使得环境温度起伏对频标准确度的影响较大。通常，为了获得高精度铷原子频率标准，对频标的物理系统进行精确的控温设计。即使这样，铷原子频标对其使用环境的温度稳定性要求仍然较高。为了解决上述问题，目前常用的解决方法有2种第一种，基于提高铷原子频标物理系统的充制工艺；第二种，基于补偿DDS的温度系数补偿系统。研究表明，铷频标整机的温度特性主要由物理系统的光谱灯和吸收泡的气体充制参数和充制工艺决定。要提高上述的两项指标，是通过改善其充制参数和充制工艺，再对光谱灯和吸收泡进行优选来实现，这不仅工艺复杂、成本较高、产品的一致性很难保证，而且频标生产完成后不能对整机温度系数进行自动补偿。基于补偿DDS的温度系数补偿系统是通过调整激励物理系统的微波频率实现的。微波激励频率可以通过晶振直接倍频产生，也可以通过晶振倍频、与DDS混频产生。但补偿DDS的方法仅适用于混频产生微波激励频率的电路结构，而对于一些采用直接倍频方案的高精度铷原子频标则无能为力。由于物理系统和电子线路结构不同，补偿DDS改善温度系数的方法不能用于修正不同结构的铷原子频标，使得现有修正温度系数的方法具有很大局限性。由于目前铷原子频标作为飞机的有效载荷、通信网络节点的同步设备日益得到广泛的应用，所以需要弥补其对环境温度因素要求较苛刻的局限性，使其满足多种环境温度下的使用
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的问题和不足，提出一种。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现 铷原子频标温度系数的智能补偿装置，所述铷原子频标包括晶振、物理系统和电路控制系统，所述智能补偿装置连接在物理系统和电路控制系统之间，该补偿装置包括相互连接的数字温度探测器，用于对所述物理系统的温度变化进行检测；微处理器，根据所述铷原子频标的频率和物理系统之间的温度关系对检测到的温度数据进行处理，设定物理系统C场线圈的电压值；D/A转换模块，用于将设定的电压值进行D/A转换并输出至物理系统。进一步，所述物理系统的电压值为物理系统中C场线圈的电压值。进一步，所述D/A转换模块与所述的C场线圈相连。进一步，所述电路控制系统包括A/D采集模块。 进一步，所述微处理器与所述的A/D采集模块相连。进一步，所述的数字温度探测器设置在所述物理系统附近。铷原子频标温度系数的智能补偿方法，该方法包括 1)通过对铷原子频标与外部标准频率源的比对，测得铷原子频标的温度特性，建立物理系统温度量与频标输出频率准确度的对应关系； 2)根据所述物理系统温度量与频标输出频率准确度的对应关系，建立铷原子频标的频率准确度和C场线圈的数字电压信号参照表； 3)根据所述物理系统温度量与频标输出频率准确度的对应关系，以及铷原子频标的频率准确度和C场线圈的数字电压信号参照表，构建一个新的物理系统温度量与C场线圈数字电压信号的参照表，将所述新的参照表的数据存入微处理器中； 4)实时对铷原子频标物理系统中的C场线圈的温度量进行检测，根据步骤3中构建的参照表，计算出需要对所述C场线圈的数字电压需要设定的电压值； 5)将所述设定的电压值进行数模转换，转换为模拟电压设定值，C场线圈根据所述模拟电压设定值对物理系统的中心频率进行微调，从而补偿铷原子频标的温度系数。本专利技术的优点在于 克服了铷原子频标对使用环境温度稳定性要求较苛刻的不足，延长了原子频标的有效使用时间。同时，本专利技术能降低生产工艺复杂度、可通用于不同铷原子频标结构。附图说明图I为实现本专利技术的智能补偿装置原理图。图2为本专利技术铷原子频标温度系数智能补偿装置的电路图。图3为本专利技术装置中微处理器的程序流程图。具体实施例方式如图1-2所示为铷原子频标温度系数智能补偿装置。所述铷原子频标包括晶振A、物理系统B、电路控制单元C，所述智能补偿装置为单元D。所述晶振I与电路控制单元连接。物理系统B包括铷灯2、铷泡3、谐振腔4、光探测器5、控温电路6、C场线圈7。电路控制单元C包括前置放大器8、A/D采集模块9、D/A转换模块10、射频电路11。智能补偿单元D还包括数字温度探测器12、D/A转换模块13，微处理器14，微处理器14作为数字式伺服系统。晶振输出连接至射频电路，射频电路输出用于激励物理系统中铷泡内的原子跃迁，以对激励频率进行鉴频。物理系统的光探测器将检测到的原子跃迁情况转换为电流信号输出至前置放大器，通过A/D采集模块对前置放大器输出电压值进行采样，并将采样数据传输至微处理器。微处理器的作用是，根据当前采样的电压信号进行运算，以输出适当的压控电压至晶振A，使得其输出高精度、高稳定度的标准频率。控温电路保障了物理系统的环境温度较稳定。C场线圈的作用是把外界磁场对频标物理系统的影响减至最低限度，同时促进铷泡内原子超精细能级的分裂，因此通过调节作用于C场线圈的电压可以对物理系统的中心频率进行微调，本专利技术的智能补偿装置就是基于该原理实现的。所述数字温度探测器安装于物理系统B附近，能够快速、准确的采集到物理系统B的温度变化。微处理器通过定期对数字温度探测器进行访问以获得当前物理系统B的温度 数据。微处理器根据事先建立的温度特性和C场电压参照表，以及当前C场电压值计算输出下一时刻的C场设定电压数据，并通过D/A转换模块输出至C场电路。至此，完成铷原子频标温度系数的智能补偿。本专利技术还提供了一种铷原子频标温度系数的智能补偿方法，该方法包括 1)通过对铷原子频标与外部标准频率源的比对，测得铷原子频标的温度特性，建立物理系统温度量与频标输出频率准确度的对应关系； 2)根据所述物理系统温度量与频标输出频率准确度的对应关系，建立铷原子频标的频率准确度和C场线圈的数字电压信号参照表； 3)根据所述物理系统温度量与频标输出频率准确度的对应关系，以及铷原子频标的频率准确度和C场线圈的数字电压信号参照表，构建一个新的物理系统温度量与C场线圈数字电压信号的参照表，将所述新的参照表的数据存入微处理器中； 4)实时对铷原子频标物理系统中的C场线圈的温度量进行检测，根据步骤3中构建的参照表，计算出需要对所述C场线圈的数字电压需要设定的电压值； 5)将所述设定的电压值进行数模转换，转换为模拟电压设定值，C场线圈根据所述模拟电压设定值对物理系统的中心频率进行微调，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
铷原子频标温度系数的智能补偿装置，所述铷原子频标包括晶振、物理系统和电路控制系统，其特征在于，所述智能补偿装置连接在物理系统和电路控制系统之间，该补偿装置包括相互连接的数字温度探测器，用于对所述物理系统的温度变化进行检测；微处理器，根据所述铷原子频标的频率和物理系统之间的温度关系对检测到的温度数据进行处理，设定物理系统C场线圈的电压值；D/A转换模块，用于将设定的电压值进行D/A转换并输出至物理系统。

【技术特征摘要】
1.铷原子频标温度系数的智能补偿装置，所述铷原子频标包括晶振、物理系统和电路控制系统，其特征在于，所述智能补偿装置连接在物理系统和电路控制系统之间，该补偿装置包括相互连接的数字温度探測器，用于对所述物理系统的温度变化进行检测；微处理器，根据所述铷原子频标的频率和物理系统之间的温度关系对检测到的温度数据进行处理，设定物理系统C场线圈的电压值；D/A转换模块，用于将设定的电压值进行D/A转换并输出至物理系统。2.根据权利要求I所述的铷原子频标温度系数的智能补偿装置，其特征在于，所述物理系统的电压值为物理系统中C场线圈的电压值。3.根据权利要求2所述的铷原子频标温度系数的智能补偿装置，其特征在于，所述D/A转换模块与所述的C场线圈相连。4.根据权利要求I所述的铷原子频标温度系数的智能补偿装置，其特征在于，所述电路控制系统包括A/D采集模块。5.根据权利要求3所述的铷原子频标温度系数的智能补偿装置，其特征在于，所述微处理器与所述的A/D采集模块相连。6.根据权利要求I所述的铷原子频标温...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽，李春景，杨晨，杨同敏，刘伟，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：