一种原子钟温控系统及方法与流程

本发明涉及原子钟，尤其涉及一种原子钟温控系统及方法。

背景技术：

1、原子钟是一种利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的精密时间计量仪器，广泛应用于定位、导航、通信、军事等多个领域。

2、影响原子钟频率稳定度指标的一个重要因素就是原子钟的温度，而原子钟物理系统的温度控制又是原子钟温度控制的关键。原子钟运行时，其物理系统必须控制在一定的温度范围内，只有在合适的温度环境下才能保证其性能的可靠性。目前原子钟物理系统中，外部温度的变化会对物理系统的温度造成干扰，温控系统具有延迟、滞后或不稳定的特性，往往给温度的控制带来不利影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种原子钟温控系统及方法，实现对原子钟物理系统的精确温控。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种原子钟温控系统，包括安装座、卡箍、外层磁屏蔽筒、内层磁屏蔽筒、原子钟物理单元、第一隔热层、第二隔热层、电磁加热片、温度传感器和温控单元。

4、所述外层磁屏蔽筒通过所述卡箍支撑固定于所述安装座上，所述第一隔热层包覆于所述外层磁屏蔽筒的外部，所述第二隔热层设于所述卡箍与所述安装座之间；所述内层磁屏蔽筒设于所述外层磁屏蔽筒的内部，所述电磁加热片包覆于所述内层磁屏蔽筒的外部，所述原子钟物理单元设于所述内层磁屏蔽筒的内部；所述温控单元设于所述卡箍的外部，所述温度传感器设于所述原子钟物理单元中，所述电磁加热片、所述温度传感器分别与所述温控单元电连接。

5、其中，所述温度传感器用于采集所述原子钟物理单元的温度信号并将该温度信号反馈给所述温控单元，所述温控单元用于根据该温度信号、预设温度以及预设的pid温控算法进行计算和信号处理，以获得驱动信号，并将该驱动信号输出至所述电磁加热片，以控制所述电磁加热片在所述驱动信号下工作。

6、优选地，所述驱动信号为直流驱动信号。

7、优选地，所述温控单元包括依次电连接的模数转换模块、数字pid控制模块、数模转换模块和直流驱动模块，所述模数转换模块的输入端与所述温度传感器电连接，所述直流驱动模块的输出端与所述电磁加热片电连接。

8、其中，所述温度传感器用于采集所述原子钟物理单元的温度模拟信号并将该温度模拟信号传输给所述模数转换模块；所述模数转换模块用于将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，并将该温度数字信号传输给所述数字pid控制模块；所述数字pid控制模块用于根据所述温度数字信号、所述预设温度以及预设的数字pid温控算法进行计算以获得数字驱动信号，并将该数字驱动信号传输给所述数模转换模块；所述数模转换模块用于将所述数字驱动信号转换为模拟驱动信号，并将该模拟驱动信号传输给所述直流驱动模块；所述直流驱动模块用于将所述模拟驱动信号放大处理以获得直流驱动信号，并向所述电磁加热片输出该直流驱动信号，以控制所述电磁加热片在所述直流驱动信号下工作。

9、优选地，所述外层磁屏蔽筒、所述内层磁屏蔽筒与所述原子钟物理单元同轴设置。

10、优选地，所述外层磁屏蔽筒的中轴线平行于所述安装座的安装平面。

11、优选地，所述第一隔热层包括隔热垫和隔热泡沫，所述隔热垫包覆于所述外层磁屏蔽筒的外壁，所述隔热泡沫包覆于所述隔热垫的外部且位于所述隔热垫与所述卡箍之间。

12、优选地，所述隔热垫为岩棉或硅胶材质。

13、优选地，所述卡箍为u型结构，所述外层磁屏蔽筒设于所述卡箍的内侧，且所述外层磁屏蔽筒与所述安装座之间留有间隙。

14、根据本发明的另一面，还提供一种原子钟温控方法，基于如上所述的原子钟温控系统，所述原子钟温控方法包括：

15、步骤s1：设定pid温控算法的控制参数和预设温度；

16、步骤s2：利用温度传感器采集原子钟物理单元的温度信号并将该温度信号反馈给温控单元，所述温控单元根据该温度信号、所述预设温度以及预设的pid温控算法进行计算和信号处理，以获得驱动信号，并将该驱动信号输出至电磁加热片；

17、步骤s3：所述电磁加热片在所述驱动信号下工作，以调节所述原子钟物理单元的温度。

18、优选地，所述温控单元包括依次电连接的模数转换模块、数字pid控制模块、数模转换模块和直流驱动模块，所述模数转换模块的输入端与所述温度传感器电连接，所述直流驱动模块的输出端与所述电磁加热片电连接。

19、所述步骤s2包括：

20、步骤s21：利用所述温度传感器采集所述原子钟物理单元的温度模拟信号并将该温度模拟信号传输给所述模数转换模块；

21、步骤s22：所述模数转换模块将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，并将该温度数字信号传输给所述数字pid控制模块；

22、步骤s23：所述数字pid控制模块根据所述温度数字信号、所述预设温度以及预设的数字pid温控算法进行计算以获得数字驱动信号，并将该数字驱动信号传输给所述数模转换模块；

23、步骤s24：所述数模转换模块将所述数字驱动信号转换为模拟驱动信号，并将该模拟驱动信号传输给所述直流驱动模块；

24、步骤s25：所述直流驱动模块将所述模拟驱动信号放大处理以获得直流驱动信号，并向所述电磁加热片输出该直流驱动信号。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的原子钟温控系统中，将电磁加热片包覆设置于内层磁屏蔽筒的外部，利用温控单元对电磁加热片的驱动信号进行pid控制，整体结构简单、反应速度快、控制精度高，能够实现对原子钟物理单元的精确温控，提升原子钟物理单元的可靠性；在外层磁屏蔽筒的外部设置第一隔热层，卡箍与安装座之间设置第二隔热层，能够减弱外部温度变化对原子钟物理系统的温度干扰，提升系统抗干扰能力。

技术特征：

1.一种原子钟温控系统，其特征在于：包括安装座、卡箍、外层磁屏蔽筒、内层磁屏蔽筒、原子钟物理单元、第一隔热层、第二隔热层、电磁加热片、温度传感器和温控单元；

2.如权利要求1所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述驱动信号为直流驱动信号。

3.如权利要求2所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述温控单元包括依次电连接的模数转换模块、数字pid控制模块、数模转换模块和直流驱动模块，所述模数转换模块的输入端与所述温度传感器电连接，所述直流驱动模块的输出端与所述电磁加热片电连接；

4.如权利要求1所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述外层磁屏蔽筒、所述内层磁屏蔽筒与所述原子钟物理单元同轴设置。

5.如权利要求1所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述外层磁屏蔽筒的中轴线平行于所述安装座的安装平面。

6.如权利要求1所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述第一隔热层包括隔热垫和隔热泡沫，所述隔热垫包覆于所述外层磁屏蔽筒的外壁，所述隔热泡沫包覆于所述隔热垫的外部且位于所述隔热垫与所述卡箍之间。

7.如权利要求3所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述隔热垫为岩棉或硅胶材质。

8.如权利要求1所述的原子钟温控系统，其特征在于：所述卡箍为u型结构，所述外层磁屏蔽筒设于所述卡箍的内侧，且所述外层磁屏蔽筒与所述安装座之间留有间隙。

9.一种原子钟温控方法，其特征在于：提供如权利要求1-8中任意一项所述的原子钟温控系统，所述原子钟温控方法包括：

10.如权利要求9所述的原子钟温控方法，其特征在于：所述温控单元包括依次电连接的模数转换模块、数字pid控制模块、数模转换模块和直流驱动模块，所述模数转换模块的输入端与所述温度传感器电连接，所述直流驱动模块的输出端与所述电磁加热片电连接；

技术总结本发明提供一种原子钟温控系统及方法，该温控系统包括安装座、卡箍、外层磁屏蔽筒、内层磁屏蔽筒、原子钟物理单元、第一隔热层、第二隔热层、电磁加热片、温度传感器和温控单元。第一隔热层包覆于外层磁屏蔽筒的外部，第二隔热层设于卡箍与安装座之间；电磁加热片包覆于内层磁屏蔽筒的外部，温控单元与温度传感器和电磁加热片分别电连接。本发明利用温控单元对电磁加热片的驱动信号进行PID控制，整体结构简单、反应速度快、控制精度高，能够实现对原子钟物理单元的精确温控，提升原子钟物理单元的可靠性；第一隔热层和第二隔热层的设置，能够减弱外部温度变化对原子钟物理系统的温度干扰，提升系统抗干扰能力。技术研发人员：屈求智,苗一鸣,徐斌,董功勋,赵鑫,温楼宏,刘汉韬受保护的技术使用者：凯瑟斯技术（杭州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20