一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法

本发明涉及温度稳定性控制技术，具体是一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，所述原子传感器是基于serf效应的原子传感器(serf，spin exchange relaxationfree，无自旋交换弛豫)。

背景技术：

1、基于serf效应的原子传感器具有广泛的应用(serf，spin exchange relaxationfree，无自旋交换弛豫)，相比与传统传感器具有高精度，小体积，低成本等优势，已经成为当前重要发展方向之一。可用于航空航天，水下勘探等领域，具有很好的发展前景。

2、原子传感器核心敏感元件是碱金属气室，在传感器工作时，需要将气室中的碱金属激发到serf态，最重要的两个条件是高温和极弱磁。其中高温是保障气室内碱金属原子密度的重要条件，温度的稳定性极大程度上影响了原子传感器的整体稳定性。而通过变化施加给加热膜的电压对温度进行控制又会影响到碱金属气室周围的磁场，从而影响传感器精度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，为提升原子传感器气室温度稳定性，降低加热对磁场的影响，有助于提高整个系统的稳定性，提供一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，包括在内置有气室的无磁加热烤箱的外表面贴附内层无磁柔性加热膜，在铁氧体的外表面贴附外层无磁柔性加热膜，所述内层无磁柔性加热膜位于三轴主动磁补偿线圈内，所述三轴主动磁补偿线圈位于所述铁氧体内，所述外层无磁柔性加热膜位于3层坡莫合金磁屏蔽桶内，所述气室与所述无磁加热烤箱之间设置第一温度传感器，所述三轴主动磁补偿线圈与所述铁氧体之间设置第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别连接温度控制系统，所述温度控制系统分别连接所述内层无磁柔性加热膜和所述外层无磁柔性加热膜,所述温度控制系统使所述内层无磁柔性加热膜和所述外层无磁柔性加热膜相互配合，将所述无磁加热烤箱加热到工作状态并稳定控制在要求误差内。

4、所述温度控制系统包括误差比较器，所述误差比较器将其第一输入端接收的设定温度与其第二输入端接收的来自温度传感器的反馈温度进行比较，从其输出端输出反馈误差信号到温度控制模块，所述温度控制模块将根据反馈误差信号形成的控制信号传输给功率放大器，所述功率放大器与加热膜相连，所述功率放大器中的第一功率放大器连接所述加热膜中的内层无磁柔性加热膜，所述功率放大器中的第二功率放大器连接所述加热膜中的外层无磁柔性加热膜，通过加热膜实现对气室的双层加热，加热的实时温度值通过温度传感器形成反馈温度值。

5、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均采用铂电阻。

6、所述内层无磁柔性加热膜通过功率放大器施加恒定电流达到加热效果，以避免控制电压改变引入的磁场波动。

7、所述温度控制系统通过所述内层无磁柔性加热膜将所述无磁加热烤箱内部加热到180℃。

8、所述温度控制系统通过所述外层无磁柔性加热膜加热，使得铁氧体温度稳定在40℃。

9、所述温度控制系统通过所述外层无磁柔性加热膜加热，使得所述铁氧体温度加热到250℃，当设定在250℃时，温度高于所述铁氧体的居里温度，达到对所述铁氧体热消磁的效果，降低剩磁。

10、所述无磁加热烤箱外部缠有气凝胶和pmi隔热材料，通光孔处加装窗镜，用于隔绝所述无磁加热烤箱与外部的热场交换，降低温度波动。

11、所述三轴主动磁补偿线圈连接信号发生器，通过信号发生器施加直流信号控制所述三轴主动磁场补偿线圈产生磁场抵消桶内剩磁。

12、本发明的技术效果如下：本发明一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，由内外两层加热系统相互配合组成，其中内层加热系统置于烤箱上，采用固定的加热功率将气室加热到180℃，避免因控制电压变化引入的磁场干扰，外层加热系统置于铁氧体屏蔽桶外侧，与内层加热系统配合使用，将铁氧体温度闭环稳定控制在40℃。本发明所述方法可直接用于现有原子传感器装置上，无需对原有结构进行大幅改动。本发明有效降低因加热引入的磁场波动，增强了原子传感器系统的温度稳定性，提高整体的测量精度和长期稳定性。

13、本发明与现有技术相比的优点在于：

14、(1)本发明提出的一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，能够增强原子传感器系统的温度稳定性，同时避免了内层加热系统因控制电压改变引入的磁场波动。

15、(2)本发明提出的一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其中外层加热系统也可以将铁氧体温度加热到250℃，当设定在250℃时，温度高于铁氧体的居里温度，可以达到对铁氧体热消磁的效果，降低了铁氧体的剩磁。

技术特征：

1.一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，包括在内置有气室的无磁加热烤箱的外表面贴附内层无磁柔性加热膜，在铁氧体的外表面贴附外层无磁柔性加热膜，所述内层无磁柔性加热膜位于三轴主动磁补偿线圈内，所述三轴主动磁补偿线圈位于所述铁氧体内，所述外层无磁柔性加热膜位于3层坡莫合金磁屏蔽桶内，所述气室与所述无磁加热烤箱之间设置第一温度传感器，所述三轴主动磁补偿线圈与所述铁氧体之间设置第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别连接温度控制系统，所述温度控制系统分别连接所述内层无磁柔性加热膜和所述外层无磁柔性加热膜,所述温度控制系统使所述内层无磁柔性加热膜和所述外层无磁柔性加热膜相互配合，将所述无磁加热烤箱加热到工作状态并稳定控制在要求误差内。

2.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述温度控制系统包括误差比较器，所述误差比较器将其第一输入端接收的设定温度与其第二输入端接收的来自温度传感器的反馈温度进行比较，从其输出端输出反馈误差信号到温度控制模块，所述温度控制模块将根据反馈误差信号形成的控制信号传输给功率放大器，所述功率放大器与加热膜相连，所述功率放大器中的第一功率放大器连接所述加热膜中的内层无磁柔性加热膜，所述功率放大器中的第二功率放大器连接所述加热膜中的外层无磁柔性加热膜，通过加热膜实现对气室的双层加热，加热的实时温度值通过温度传感器形成反馈温度值。

3.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均采用铂电阻。

4.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述内层无磁柔性加热膜通过功率放大器施加恒定电流达到加热效果，以避免控制电压改变引入的磁场波动。

5.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述温度控制系统通过所述内层无磁柔性加热膜将所述无磁加热烤箱内部加热到180℃。

6.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述温度控制系统通过所述外层无磁柔性加热膜加热，使得铁氧体温度稳定在40℃。

7.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述温度控制系统通过所述外层无磁柔性加热膜加热，使得所述铁氧体温度加热到250℃，当设定在250℃时，温度高于所述铁氧体的居里温度，达到对所述铁氧体热消磁的效果，降低剩磁。

8.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述无磁加热烤箱外部缠有气凝胶和pmi隔热材料，通光孔处加装窗镜，用于隔绝所述无磁加热烤箱与外部的热场交换，降低温度波动。

9.根据权利要求1所述的基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，其特征在于，所述三轴主动磁补偿线圈连接信号发生器，通过信号发生器施加直流信号控制所述三轴主动磁场补偿线圈产生磁场抵消桶内剩磁。

技术总结一种基于外控内隔的原子传感器双层加热方法，由内外两层加热系统相互配合组成，其中内层加热系统置于烤箱上，采用固定的加热功率将气室加热到180℃，避免因控制电压变化引入的磁场干扰，外层加热系统置于铁氧体屏蔽桶外侧，与内层加热系统配合使用，将铁氧体温度闭环稳定控制在40℃。本发明所述方法可直接用于现有原子传感器装置上，无需对原有结构进行大幅改动。本发明有效降低因加热引入的磁场波动，增强了原子传感器系统的温度稳定性，提高整体的测量精度和长期稳定性。技术研发人员：庞昊颖,李佳航,韩雪,全伟,王卓受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9