[發(fā)明專利]被動型銣原子頻標(biāo)鎖定指示與故障診斷方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710052188.4
• 申請日: 2007-05-17
• 公開（公告）號: CN101055247A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷海東;王艷;李超;余鈁;魯?shù)腊?/a>;陳智勇;裘曉俊;金鑫;左毅力;陳云起;管妮娜;朱熙文;盛榮武
• 申請（專利權(quán)）人: 江漢大學(xué)
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01R31/00
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 俞鴻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于被動型銣原子頻標(biāo)領(lǐng)域技術(shù)，具體涉及一種被動型銣原子頻標(biāo)正常工作狀態(tài)判斷與故障診斷的方法。

背景技術(shù)

一臺被動型銣原子頻標(biāo)由物理系統(tǒng)及電子線路兩大部分組成。物理系統(tǒng)是被動型銣原子頻標(biāo)的核心部件，大致可分為光抽運譜燈和共振探測兩部分；包括光譜燈、集成濾光共振泡、微波腔、光電探測器、C場、磁屏等。它提供一個頻率穩(wěn)定、線寬較窄的原子共振吸收線，原子頻標(biāo)正是通過將壓控晶體振蕩器的輸出頻率鎖定在原子共振吸收峰上而獲得高穩(wěn)頻率信號輸出。電子線路的主要作用是產(chǎn)生源于石英晶體振蕩器的微波探詢信號，并通過伺服電路將本振的輸出頻率鎖定在銣原子的基態(tài)超精細(xì)0-0躍遷頻率上。同時，為了保證物理系統(tǒng)的正常工作，電子線路還包含控溫、恒流源等輔助電路。

為完成整個被動型銣原子頻標(biāo)光抽運及微波共振探測過程，最終實現(xiàn)銣原子基態(tài)超精細(xì)0-0躍遷頻率的鎖定，需要保證作為整個原子頻標(biāo)系統(tǒng)光源的光譜燈、進(jìn)行濾光及原子共振的集成濾光共振泡、使原子基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生塞曼分裂，并為原子躍遷提供量子化軸的C場、以及實現(xiàn)共振探詢和同步檢測的微波探詢信號的正常工作。隨著實際應(yīng)用對被動型銣原子頻標(biāo)小型化以及模塊簡易化的需求，人們希望對一臺成型的原子頻標(biāo)是否正常工作以及故障點能夠一目了然，能夠簡易、方便地對故障模塊進(jìn)行更換。這就需要在原子頻標(biāo)產(chǎn)品中給出正常鎖定與故障指示功能，而國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)的原子鐘產(chǎn)品(包括商業(yè)用及實驗室研究用)都未能很好的給出相應(yīng)的指示功能。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種在原有的被動型銣原子頻標(biāo)系統(tǒng)中實現(xiàn)被動型銣原子頻標(biāo)鎖定指示與故障診斷方法；從整機環(huán)路中的同步鑒相信號及量子鑒頻信號出發(fā)給出相應(yīng)的鎖定指示功能。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為：被動型銣原子頻標(biāo)鎖定指示與故障診斷方法，它包括被動型銣原子頻標(biāo)系統(tǒng)，即由物理系統(tǒng)及電子線路兩大部分組成；其中物理系統(tǒng)包括光譜燈、集成濾光共振泡、微波腔、C場、磁屏、光電池、耦合環(huán)；電子線路包括原子頻標(biāo)壓控晶體振蕩器VCXD，隔離放大電路，綜合調(diào)制電路，倍頻電路，微波倍混頻器；微波倍混頻器輸出的微波探尋信號到物理系統(tǒng)中，物理系統(tǒng)產(chǎn)生的本振的輸出信號經(jīng)光檢放大和方波整形通過伺服電路將本振的輸出頻率鎖定在銣原子的基態(tài)超精細(xì)0-0躍遷頻率上，在原有的同步鑒相所需的調(diào)制信號、同步鑒相參考信號的同時，增添一路頻率是調(diào)制信號4倍、相位可調(diào)、占空比為1∶1的方波采樣時序信號；所述采樣時序信號對經(jīng)量子鑒頻、光檢放大、方波整形后產(chǎn)生的交流信號進(jìn)行鎖定信息采集，用以判斷此時刻原子頻標(biāo)鎖定情況；其方法是：4倍頻調(diào)制信號的采樣時序的連續(xù)4個上升沿作為觸發(fā)脈沖，分別對量子鑒頻后的信號進(jìn)行電平采樣，并分別記錄為D1、D2、D3、D4，依據(jù)所記錄的四種采樣電平高低不同判斷原子頻標(biāo)是否處于鎖定狀態(tài)，當(dāng)電平關(guān)系式為：D1＝D3并且D2＝D4時，表明原子頻標(biāo)是鎖定狀態(tài)。

在被動型銣原子頻標(biāo)系統(tǒng)中的光譜燈處設(shè)置光譜燈工作溫度檢測裝置以檢測光譜燈工作溫度狀況；在集成濾光共振泡處設(shè)置集成濾光共振泡的腔體工作溫度檢測裝置以檢測集成濾光共振泡的腔體工作溫度狀況；在C場的恒流源處設(shè)置C場的電流檢測裝置以檢測C場的電流狀況。

利用本發(fā)明方法可以實現(xiàn)對被動型銣原子頻標(biāo)系統(tǒng)工作狀態(tài)的檢測，對一臺成型的原子頻標(biāo)是否正常工作以及故障點能夠一目了然，能夠簡易、方便地對故障模塊進(jìn)行更換。

附圖說明

圖1??被動型銣原子頻標(biāo)原理及鎖定故障監(jiān)測框圖。

圖2??量子鑒頻原理圖。

圖3??鎖定指示判斷原理圖。

圖4??量子鑒頻信號示波器觀測圖。

圖5??鎖定指示判斷硬件原理框圖。

圖6??鎖定指示判斷程序流程圖。

圖7??故障監(jiān)測原理框圖。

圖8??故障診斷程序流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，被動型銣原子頻標(biāo)系統(tǒng)包括原子頻標(biāo)壓控晶體振蕩器VCXD，隔離放大電路，綜合調(diào)制電路，倍頻電路，微波倍混頻器；微波倍混頻器輸出的微波探尋信號到物理系統(tǒng)中，物理系統(tǒng)包括光譜燈1、集成濾光共振泡2、微波腔3、C場4、磁屏5、光電池6、耦合環(huán)7，恒流源，溫度控制器，和恒溫器。微波倍混頻器輸出的微波探尋信號到物理系統(tǒng)中，物理系統(tǒng)實現(xiàn)量子系統(tǒng)鑒頻的輸出信號經(jīng)光檢放大和方波整形通過伺服電路將本振的輸出頻率鎖定在銣原子的基態(tài)超精細(xì)0-0躍遷頻率上。