CN103836421A - 适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，主要解决了现有技术中存在的铷原子频标光谱灯稳定度有待提高，容易出现过热现象，严重影响其工作性能的问题。其包括射频振荡电路盒，安装在射频振荡电路盒内的射频振荡电路，固定在射频振荡电路盒外部的灯泡尾管固定座，尾部安装在灯泡尾管固定座上、内部充制有启辉气体和铷87金属、外部绕制有振荡线圈的铷光谱灯，所述射频振荡电路盒安装灯泡尾管固定座一侧设置有非金属隔热层，铷光谱灯外围设置有非金属保温罩，该非金属保温罩外围设置有加热恒温罩，该加热恒温罩上设置有加热装置。通过上述方案，本发明达到了性能稳定、可靠性较高的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种铷原子频标光谱灯装置，具体地说，是涉及一种适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置。
背景技术
随着科技的发展，全球卫星定位系统、3G通信、雷达系统、交通控制系统、激光测距、电力调度等领域都需要更加稳定而精确的时间频率信号以实现可靠工作，传统的机械振荡器、晶体振荡器已经不能满足需要。在此情况下，原子频标以其极高的稳定度和准确度得到了越来越广泛的运用，在铷原子频标中，产生抽运光的光谱灯是原子频标的关键部件，光谱灯的光强和光谱轮廓决定了原子频标的频率稳定度，而光谱灯产生的抽运光本地噪声决定了系统的信噪比，因此光谱灯的性能对原子频标的准确性有着直接的影响。
另外，铷钟的准确性（稳定度和准确度）与温度稳定性有极大的关系：温度稳定性越高，铷钟的准确性越高；反之则越低。在此情况下，若把铷钟放置在真空环境下，由于没有空气对流的影响，温度稳定性可以比常压环境提高1个量级以上，从而准确性能够提高1个量级以上。例如，GPS星载铷钟放置在真空下的长期稳定度可以达到E-15量级，而一般的铷钟工作在常压环境下，其长期稳定度仅在E-12量级，相差达3个量级。铷钟工作在真空和常压条件下最大的区别是热设计，在真空条件下，由于没有空气产生热对流，温度稳定性得到提高；但同时也因为没有热对流，很容易出现过热现象；合理的热设计需要在不过热的前提下最大可能的提高温度稳定性。铷光谱灯作为铷钟中自发热最严重的部件，也是最容易出现过热的部件，如何进行铷原子频标光谱灯装置的热设计是一项重要的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于真空条件的铷原子频标光谱灯，主要解决现有技术中存在的铷原子频标光谱灯稳定度有待提高，容易出现过热现象，严重影响其工作性能的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，包括射频振荡电路盒，安装在射频振荡电路盒内的射频振荡电路，固定在射频振荡电路盒外部的灯泡尾管固定座，尾部安装在灯泡尾管固定座上、内部充制有启辉气体和铷87金属、外部绕制有振荡线圈的铷光谱灯，所述射频振荡电路盒安装灯泡尾管固定座一侧设置有非金属隔热层，铷光谱灯外围设置有非金属保温罩，该非金属保温罩外围设置有加热恒温罩，该加热恒温罩上设置有加热装置。
为了防止射频激励信号对铷钟其它部分的干扰，所述射频振荡电路盒上安装有位于加热恒温罩和加热装置外围的屏蔽罩。
考虑到实施的便利性，所述射频振荡电路盒为一侧开口结构，在其开口处安装有射频振荡电路盒盖板。
作为优选，所述灯泡尾管固定座由金属材料制造而成；所述启辉气体为氙气或氪气。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中，通过铷光谱灯、振荡线圈、非金属保温罩、加热恒温罩、加热装置、非金属隔热层、屏蔽罩等的巧妙设计与安装，使得整体结构较为稳定，且各部分间的信号干扰、热传递等均可得到有效抑制，从而确保了装置性能的稳定性，设计十分巧妙，符合实际需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-铷光谱灯，2-振荡线圈，3-非金属保温罩，4-加热恒温罩，5-加热装置，6-屏蔽罩，7-非金属隔热层，8-灯泡尾管固定座，9-射频振荡电路，10-射频振荡电路盒，11-射频振荡电路盒盖板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
为了解决现有技术中存在的铷原子频标光谱灯稳定度有待提高，容易出现过热现象，严重影响其工作性能的问题，如图1所示，本发明公开了一种适应于真空条件下的铷光谱灯装置，主要包括热设计和结构设计。
该装置包括：
采用耐碱玻璃制成的铷光谱灯1，里面充制有启辉气体（氙气、氪气等）和铷87金属，铷87金属原子在启辉气体和通过振荡线圈2馈入的射频信号的激励下发光，为铷原子频标提供光源，实施时，铷光谱灯的温度应当稳定在110℃以上，由于不同铷原子钟整机对应的值不同，因而具体值需调试，过高或过低都会影响铷原子频标性能；
绕制在铷光谱灯1外部的振荡线圈2，其将射频振荡电路9产生的射频信号馈入铷光谱灯1，激励铷光谱灯发光；
设置于铷光谱灯外围的非金属保温罩3，其具有保温作用，提高铷光谱灯温度的稳定性，并且能够固定铷光谱灯；
设置于非金属保温罩外围加热恒温罩4，进行温度调试；
设置于加热恒温罩上的加热装置5，其对加热恒温罩的温度进行控制；
安装在加热恒温罩和加热装置外围的屏蔽罩6，其用于屏蔽射频激励信号，防止其对铷钟的其它部分产生干扰；
设置于射频振荡电路盒安装灯泡尾管固定座一侧的非金属隔热层7（如隔热垫），隔绝铷光谱灯对射频振荡电路的温度影响，确保射频振荡电路运行的可靠性；
固定在射频振荡电路盒外部的灯泡尾管固定座8，其采用金属材料制成，用于固定铷光谱灯，能够使得铷光谱灯尾管部分温度低于铷光谱灯的其它部分，形成所谓“冷端”，进而收集金属铷87，防止其在铷光谱灯内流动，提高铷光谱灯光强的稳定性；
安装在射频振荡电路盒内的射频振荡电路9，其产生激励铷光谱灯发光的射频信号，优选射频信号的频率在70MHz～150MHz范围内，功率在1.5W左右；
射频振荡电路盒10和射频振荡电路盒盖板11，用于固定射频振荡电路，同时屏蔽射频振荡信号。
由于铷光谱灯的温度应在110℃以上，而射频振荡电路的温度则是越低越好：温度越低，射频振荡电路上的电子元器件可靠性越高，因而采用非金属隔热垫能够使得真空下射频振荡电路的温度比铷光谱灯的温度低40℃以上，该非金属隔热层的设计仅在真空条件下有效，常压条件下隔热效果将会大大降低。
由于铷光谱灯在射频激励线圈的作用下会加热，但温度不可控制，本发明巧妙地设计了由铷光谱灯、振荡线圈、非金属保温罩、加热恒温罩、加热装置构成的热结构，通过调节铷光谱灯与加热恒温罩之间的热阻，能够有效保证真空条件下加热装置没加热时铷光谱灯的温度小于110℃，然后再通过加热装置将加热恒温罩升温至一定温度，从而提高铷光谱灯的温度，使得能够达到调试要求的温度，从而最大可能的对铷光谱灯进行保温，同时保证不过热。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。
Claims (5)
1.适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，其特征在于，包括射频振荡电路盒（10），安装在射频振荡电路盒（10）内的射频振荡电路（9），固定在射频振荡电路盒（10）外部的灯泡尾管固定座（8），尾部安装在灯泡尾管固定座（8）上、内部充制有启辉气体和铷87金属、外部绕制有振荡线圈（2）的铷光谱灯（1），所述射频振荡电路盒（10）安装灯泡尾管固定座（8）一侧设置有非金属隔热层（7），铷光谱灯（1）外围设置有非金属保温罩（3），该非金属保温罩（3）外围设置有加热恒温罩（4），该加热恒温罩上设置有加热装置（5）。
2.根据权利要求1所述的适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，其特征在于，所述射频振荡电路盒（10）上安装有位于加热恒温罩（4）和加热装置（5）外围的屏蔽罩（6）。
3.根据权利要求2所述的适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，其特征在于，所述射频振荡电路盒（10）为一侧开口结构，在其开口处安装有射频振荡电路盒盖板（11）。
4.根据权利要求3所述的适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，其特征在于，所述灯泡尾管固定座（8）由金属材料制造而成。
5.根据权利要求4所述的适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置，其特征在于，所述启辉气体为氙气或氪气。
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