[發明專利]一種基于光加熱的無磁溫控裝置

有效

• 申請號: 201410083196.5
• 申請日: 2014-03-08
• 公開（公告）號: CN103901924B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 黃宗軍;吳國龍;孫偉民;陳麗潔
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30;G05D23/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無磁溫控領域，具體涉及一種用于原子磁力儀系統中利用熱氣流加熱原子氣室的基于光加熱的無磁溫控裝置。

背景技術

原子氣室溫控裝置是原子磁力儀的重要組成部分，在原子磁力儀系統中通常需要對原子氣室進行加熱，加熱的主要有兩個目的：一是保證堿金屬處于氣體狀態，二是提高原子的數密度進而提高原子磁力儀系統的靈敏度。目前幾種主要的加熱方式為：電加熱（包括交流電雙繞線加熱和間斷電加熱），熱氣流加熱和光加熱。交流雙繞電加熱會引進磁噪聲，間斷電加熱溫度穩定性差會產生溫度梯度，加熱速度慢、熱氣流波動會影響光路且系統較復雜，這三種方法或嚴重影響原子磁力儀系統的靈敏度，或增加了整套設備的復雜程度。

發明內容

本發明的目的是提供一種避免了磁噪聲和光噪聲的引入，保證了原子磁力儀系統的靈敏度的基于光加熱的無磁溫控裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

基于光加熱的無磁溫控裝置，包括激光器、光開關和1×2波分復用器，原子加熱室和溫度控制器，激光器、光開關和1×2波分復用器通過光纖連接，光器通過光纖將光束導入到1×2波分復用器中，通過1×2波分復用器后光束變為兩束功率相同的光束，通過光纖導入到原子加熱室中，光纖的出光端粘接在原子氣室的側壁上，通過兩端加熱的方式可以保證原子加熱室的溫度均勻性，通過設置溫度控制器的神經元網絡PID的參數設置光開關的開關頻率，間接的控制加熱光功率，從而達到調整原子氣室溫度的目的，磁鉑電阻溫度傳感器實時監測原子氣室的溫度，作為溫度反饋信號輸入給溫度控制器控制光開關保證加熱溫度的穩定性，此時形成了閉環控制系統。激光器為半導體激光器，最大光功率為2W，中心波長為1064nm。光纖纖徑為150μm。光開關的光纖接頭為FC接頭，最大承受光功率為2W，響應時間為10ms，使用壽命10⁹次。1×2波分復用器的出光光纖的中光功率比為50:50，即兩束光功率相等。溫度控制器采用模糊自整定控制神經網絡PIN控制光開關的通斷，從而達到控制加熱光功率的目的，其溫度精度達到0.5℃。原子加熱室中間置有聚酰亞胺網絡板，原子氣室被固定在聚酰亞胺網絡板上，并置于加熱室內的中心位置。原子加熱室由無磁材料泡沫玻璃制作成。原子加熱室中原子氣室的兩側面粘接1×2波分復用器后端的出光光纖，過兩端加熱的方式保證原子氣室有較小的溫度梯度。原子加熱室無磁鉑電阻溫度傳感器作為無磁溫度傳感器，通過高溫點焊的方式焊接，最大剩磁優于10pT。

本發明的有益效果在于：原子加熱室采用耐高溫無磁材料泡沫玻璃，自身不產生干擾磁場；激光器、光開關以及溫度控制器等能夠產生干擾磁場的電氣部分與原子加熱室存在足夠的跨度，避免了對原子氣室工作區域產生磁場干擾；采用激光加熱方式進行加熱，同樣避免引入磁噪聲的影響；采用模糊控制自整定神經元網絡PID作為溫度控制器控制加熱溫度，溫度穩定性好；使用無磁鉑電阻溫度傳感器，替代了布拉格光纖光柵作為溫度傳感器，不但避免了磁噪聲的干擾、保證了測量溫度的準確度，同時也簡化了裝置。

附圖說明

圖1是本發明的總體結構示意圖，

圖2是結構結構圖中加熱室的放大部分。

具體實施方案

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

本發明的目的是提供一種用于在原子磁力儀系統中利用光加熱的方法來加熱原子氣室的裝置，不但實現了對原子氣室的恒溫加熱，溫度穩定性高，還避免了磁噪聲和光噪聲的引入，保證了原子磁力儀系統的靈敏度。

本發明的目的是這樣實現的：一種無磁加熱溫控裝置，包括激光器1、光開關3和1×2波分復用器4，原子加熱室6和溫度控制器10，激光器1、光開關3和1×2波分復用器4通過光纖2連接。激光器1為半導體激光器，中心波長為1064nm，最大出纖功率為2W。光開關3為工作5V、響應時間4ms以及最大承受光功率3W的機械型光開關。1×2波分復用器4，兩臂光功率比為50:50，最大承受光功率為3W。光纖5穿過原子加熱室6與原子氣室8連接。原子加熱室由泡沫玻璃制成，保溫性能好，熱傳導系數為0.039W/（m·K），外部尺寸為25mm×25mm×25mm，內部尺寸為20mm×20mm×20mm。原子加熱室6中間夾置聚酰亞胺網絡板7，用于支撐并安置原子氣室8。原子氣室8原子加熱室6的中間。在原子加熱室6中采用的溫度傳感器為無磁鉑電阻溫度傳感器9。溫度控制器10采用模糊控制自整定神經網絡PID，通過導線11與光開關3連接，控制光開關3的通斷來控制加熱功率，其溫度精度達到0.5℃。