[發(fā)明專利]北斗GPS授時的石英晶體溫度計

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310477539.1
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103499400A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 章禮道
• 申請（專利權）人: 章禮道
• 主分類號: G01K7/32
• 分類號: G01K7/32;G04R20/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域：

本發(fā)明北斗GPS授時的石英晶體溫度計涉及一種可以在工業(yè)環(huán)境下應用的高分辨率、高精確度、高穩(wěn)定性、便于遠距離傳輸、共享信號的溫度計。

(二)背景技術：

國際實用溫標是以一些可復現(xiàn)的平衡態(tài)(定義固定點)的溫度指定值，以及在國際實用溫標這些固定點上分度的標準內(nèi)插儀器作為基礎的。1968年國際實用溫標分成三個溫區(qū)，分別用標準鉑電阻溫度計、標準鉑銠(10％)鉑熱電偶和普朗克輻射定律來定義這些溫區(qū)內(nèi)的溫度數(shù)值。

現(xiàn)有技術的石英晶體溫度計的核心部件是諧振式石英晶體振蕩器，其工作機制與傳統(tǒng)的溫度傳感器(鉑電阻溫度計、熱電偶溫度計等)不同，其工作機制是“諧振”，不是靠分子的熱運動產(chǎn)生的“電阻”或“電動勢”。

現(xiàn)有技術的石英晶體振蕩器，其頻率——溫度特性是一條頗接近直線的三次多項式曲線；a、b、c分別為一、二、三次多項式的系數(shù)，與石英晶片的切割類型及振型有關。

現(xiàn)有技術的石英晶體溫度計至少有2個石英晶體振蕩器，一個是溫度為0℃的基準石英晶體振蕩器，一個是用作測定溫度的傳感器石英晶體振蕩器，由兩者的頻差獲得被測溫度；為減少基準石英晶體振蕩器的頻率漂移，通常把基準石英晶體振蕩器置于精確控制溫度的恒溫箱中；即使如此，仍然有不可忽略的的基準頻率漂移，現(xiàn)有技術的石英晶體溫度計分辨率可以做到0.001K～0.0001K，但其精確度只能做到0.1K～0.05K。

北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)具有精密授時功能，其秒脈沖單相授時精度(1pps)<100ns；全球定位系統(tǒng)GPS是美國衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其秒脈沖單相授時精度(1pps)<30ns。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

所要解決的技術問題：

解決現(xiàn)有技術的石英晶體溫度計仍然有較大的的零點漂移誤差，其分辨率可以做到0.()()1K～0.0001K，但精確度只能做到0.1K～0.05K的問題；解決現(xiàn)有技術的石英晶體溫度計不便于遠距離傳輸、共享信號的問題。

解決其技術問題采用的技術方案：

本發(fā)明北斗GPS授時的石英晶體溫度計采取與現(xiàn)有技術完全不同的技術路線，提供一種可以在工業(yè)環(huán)境下應用的高分辨率、高精確度、高穩(wěn)定性、便于遠距離傳輸、共享信號的溫度計。

本發(fā)明北斗GPS授時的石英晶體溫度計包括GPS天線(2)、北斗天線(3)、GPS模塊(5)、北斗模塊(6)、石英晶體探頭(1)、振璗器(4)、高速計數(shù)器(7)、選通控制模塊(8)、單片機+固體硬盤(9)、人機接口(10)、顯示單元(12)；北斗天線(3)接收北斗衛(wèi)星授時信號，北斗模塊(6)輸出高精度秒脈沖到選通控制模塊(8)；GPS天線(2)接收GPS衛(wèi)星授時信號，GPS模塊(5)輸出高精度秒脈沖到選通控制模塊(8)；選通控制模塊(8)同時還接受人機接口(10)的指令，選通控制模塊(8)向高速計數(shù)器(7)提供開門脈沖和關門脈沖；石英晶體探頭(1)和振璗器(4)組成石英晶體振璗器輸出正弦波，正弦波的頻率隨石英晶體探頭(1)的溫度而變化；高速計數(shù)器(7)前端的脈沖整形電路將正弦波轉(zhuǎn)換為同頻率的窄尖脈沖，高速計數(shù)器(7)在選通控制模塊(8)提供的開門脈沖和關門脈沖之間的時間間隔內(nèi)，精確計量窄尖脈沖數(shù)，對一個特定的石英晶體探頭(1)，該窄尖脈沖頻率與石英晶體探頭(1)的溫度單值相關；單片機+固體硬盤(9)內(nèi)部存有該特定的石英晶體探頭(1)的頻率——溫度曲線，經(jīng)顯示單元(12)顯示溫度及溫度變化速率；單片機+固體硬盤(9)與DCS(11)的接口支持現(xiàn)場總線，符合IEC61158Ed.3現(xiàn)場總線標準；人機接口(10)用于選擇北斗／GPS授時信號，確定開門脈沖和關門脈沖之間的時間間隔。

發(fā)明的有益效果：

·以易于獲取的具有極高精度的北斗、GPS授時信號取代基準石英晶體振蕩器使本發(fā)明北斗GPS授時的石英晶體溫度計由于授時精度引入的誤差可以控制在不超過0.1PPM到0.03PPM(PPM百萬分之一)；

·對一臺量程為-50℃到250℃的北斗GPS授時的石英晶體溫度計由于授時精度引入的誤差可以控制在不超過0.03mK到0.009mK。

·以易于獲取的具有極高精度的北斗GPS授時信號取代基準石英晶體振蕩器使本發(fā)明北斗GPS授時的石英晶體溫度計的精確度達到10mK～1mK(1968年國際實用溫標使用標準鉑電阻溫度計分度，分度精度優(yōu)于0.1mK)；

·北斗GPS授時的石英晶體溫度計提供了一種可以在工業(yè)環(huán)境下應用的高分辨率、高精確度、高穩(wěn)定性、便于遠距離傳輸、共享信號的溫度計；