一种优化铷原子钟腔温和灯温敏感性的方法与流程

本发明涉及铷原子钟，具体涉及一种优化铷原子钟腔温和灯温敏感性的方法，主要用于铷原子钟腔温和灯温敏感性的补偿和优化。

背景技术：

1、腔室温度(以下简称为腔温)和灯室温度(以下简称为灯温)敏感性作为影响铷原子钟温度敏感性的重要指标，主要描述铷原子钟腔温和灯温变化后，铷原子钟频率准确度变化的过程。工程应用的铷原子钟由于工作环境温度的波动，希望尽可能减小因为温度变化引起的铷原子钟的频率波动。因此，工程上十分重视铷原子钟的温度系数，而腔温和灯温敏感性是铷原子钟温度系数的重要组成部分。

2、腔温和灯温敏感性的调整优化对铷原子钟整体性能有着重要的影响，调试中需尽可能将腔温和灯温敏感性指标调到最小，使得铷原子钟在开机工作稳定后，温度系数可以达到指标要求，从而获得铷原子钟的最佳性能。目前还没有专门针对腔温和灯温敏感性进行补偿的方法，此外，当铷原子钟装成整钟后，就很难对影响温度系数的因素进行分解，因此温度系数的优化一般都是在铷原子钟调试环节展开。

3、目前腔温和灯温敏感性的优化是基于腔温拉偏和灯温拉偏试验，根据试验结果，选择最优的灯温和控温，这就导致了一旦灯温和腔温设定好后，铷原子钟的灯温和腔温敏感性就保持恒定。现有已知的改善铷原子钟腔温和灯温敏感性方法有：(1)通过调整铷原子钟中吸收泡和滤光泡中缓冲气体的气压比；(2)调节铷原子钟和底板的热传导，比如增加垫片的厚度和数量等。上述方法不仅需要大量理论分析，且只能针对某一个铷原子钟进行调节，同时铷原子钟生产过程中有很多环节都依靠手工操作：比如铷灯泡、吸收泡和滤光泡充制、灯激励线圈的绕制和腔泡系统的装配等，因此每一台铷原子钟的指标都具有不一致性。此外，以上优化方法需要大量的测试工作，包括测量铷原子钟的腔温和灯温敏感性、腔温和灯温对微波功率频移的影响，以及对于光频移的影响等。因此，上述方法对于铷原子钟腔温和灯温敏感性的优化具有极大的不确定性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种优化铷原子钟腔温和灯温敏感性的方法，将铷原子钟腔温或灯温变化引起的光强变化和c场电流结合起来，根据光强变化自动调整c场电流，进而调节和改善铷原子钟腔室和灯室温度敏感性，提高铷原子钟的温度系数，最终完成铷原子钟整体性能的提升。

2、本发明的优化铷原子钟腔温和灯温敏感性的方法，包括：

3、测量获取铷原子钟腔温、灯温变化与频率准确度变化之间的关系，得到腔温敏感性和灯温敏感性；

4、测量腔温、灯温变化引起的光强变化；基于腔温和灯温敏感性，得到腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化之间的关系；

5、基于铷原子钟c场电流变化与频率准确度变化之间的关系，以及光强变化与频率准确度变化之间的关系，得到光强变化-c场电流变化-频率准确度变化之间的关系；

6、基于测量的腔温、灯温变化引起的光强变化，以及光强变化-c场电流变化-频率准确度变化之间的关系，调节c场电流，实现腔温、灯温敏感性的优化。

7、较优的，分别计算腔温和灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化之间的光强-频率系数，选取系数较小者对应的光强变化-c场电流变化-频率准确度变化关系，调节c场电流。

8、较优的，当腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化均成正比，采用电路2调节c场电流；当腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化均成反比，采用电路1调节c场电流；若腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化为一正一负，则不进行调节；

9、其中，电路1对输入的光强遥测信号进行放大滤波后，输出至c场电路，建立光强遥测信号与c场电路的正向关系；

10、电路2对输入的光强遥测信号进行放大滤波后，与设置的基准电压进行差分，差分信号输出至c场电路，建立光强遥测信号与c场电路的反向关系。

11、较优的，电路1包括分压电路、滤波电路和放大电路；其中，分压电路由电阻r1和电阻r22组成；滤波电路由电感l3和电容c11组成；放大电路由放大器u6、电阻r19、电阻r20和电阻r23组成；

12、输入的光强遥测信号ugq经电阻r22、电感l3、电阻r23接入差分放大器u6的输入正端；电阻r1的两端分别接r2的输出端和地；电容c1的两端分别接电感l3的输出端和地；运算放大器u6的输入负端一方面经电阻r20接地，另一方面经电阻r19接运算放大器u6的输出端；运算放大器u6的输出端经电阻r21接入c场电路。

13、较优的，电路1中，c场电流ic和输入的光强遥测信号ugq之间关系为：

14、

15、其中，r为c场线圈的阻值，u0为c场线圈上加载的电压；

16、通过调节电路1中的各阻值，调整优化效果。

17、较优的，电路2包括基准电路、放大电路和差分电路；其中，基准电路由电阻r12、电阻r14和运算放大器u5组成；放大电路由电阻r13、电感l1、电容c7、运算放大器u6、电阻r15和电阻r16组成；差分电路由运算放大器u7、电阻r17、电阻r18、电阻r19和电阻r20组成；

18、其中，基准12v电压信号经电阻r12接入运算放大器u5的输入正端，电阻r12的输出端经电阻r14接地；运算放大器u5的输入负端接运算放大器u5的输出端；运算放大器u5的输出端经电阻r17接运算放大器u7的输入正端，电阻r17的输出端经电阻r19接地；输入的光强遥测信号ugq经电阻r13、电感l1接运算放大器u6的输入正端；电感l1的输出端经电容c7接地；运算放大器u7的输入负端一方面经电阻r15接地，另一方面经电阻r16接运算放大器u6的输出端；运算放大器u6的输出端经电阻r18接运算放大器u7的输入正端；运算放大器u7的输入正端经电阻r20接运算放大器u7的输入正端输出端；运算放大器u7的输出端接c场电路。

19、较优的，电路2中，c场电流ic和输入的光强遥测信号ugq之间关系为：

20、

21、其中，r为c场线圈的阻值，u0为c场线圈上加载的电压；

22、通过调节电路2中的各阻值，调整优化效果。

23、有益效果：

24、本发明首次将腔温/灯温变化引起的光强变化和铷原子钟频率准确度结合起来，利用灯温或腔温变化后引起的光强的变化来调节c场电流，以此来抑制因灯温和腔温变化引起的铷原子钟频率准确度的变化，改善铷原子钟腔温和灯温敏感性，腔温和灯温敏感性调整操作简便，且拓宽了铷原子钟腔温和灯温敏感性的调整范围，并可适用于不同的铷原子钟，适用性广。

技术特征：

1.一种优化铷原子钟腔温和灯温敏感性的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别计算腔温和灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化之间的光强-频率系数，选取系数较小者对应的光强变化-c场电流变化-频率准确度变化关系，调节c场电流。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化均成正比，采用电路2调节c场电流；当腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化均成反比，采用电路1调节c场电流；若腔温、灯温变化后引起的光强变化与频率准确度变化为一正一负，则不进行调节；

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，电路1包括分压电路、滤波电路和放大电路；其中，分压电路由电阻r1和电阻r22组成；滤波电路由电感l3和电容c11组成；放大电路由放大器u6、电阻r19、电阻r20和电阻r23组成；

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，电路1中，c场电流ic和输入的光强遥测信号ugq之间关系为：

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，电路2包括基准电路、放大电路和差分电路；其中，基准电路由电阻r12、电阻r14和运算放大器u5组成；放大电路由电阻r13、电感l1、电容c7、运算放大器u6、电阻r15和电阻r16组成；差分电路由运算放大器u7、电阻r17、电阻r18、电阻r19和电阻r20组成；

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，电路2中，c场电流ic和输入的光强遥测信号ugq之间关系为：

技术总结本发明公开了一种优化铷原子钟腔温和灯温敏感性的方法。本发明首次将腔温/灯温变化引起的光强变化和铷原子钟频率准确度结合起来，利用灯温或腔温变化后引起的光强的变化来调节C场电流，以此来抑制因灯温和腔温变化引起的铷原子钟频率准确度的变化，改善铷原子钟腔温和灯温敏感性，腔温和灯温敏感性调整操作简便，且拓宽了铷原子钟腔温和灯温敏感性的调整范围，并可适用于不同的铷原子钟，适用性广。技术研发人员：郭永刚,张俊,王世伟,朱丽丽,陆昉,卫立勋,杨炜受保护的技术使用者：兰州空间技术物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15