[發(fā)明專利]一種基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控方法

有效

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• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113670466B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 周新秀;馮文平;崔培玲;毛琨
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G05D23/19;G01C21/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;顧煒

1.一種基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控方法，適用于核磁共振慣性傳感器的堿金屬氣室，其特征在于：步驟如下：

步驟一、首先基于鉑電阻溫度傳感器測量氣室外壁溫度，將核磁共振慣性傳感器的堿金屬氣室加熱至某待測溫度點；

步驟二、設計光路，選擇波長調諧范圍在銣原子D1線附近的DFB激光器作為檢測激光器，入射光經(jīng)過分光比為50％的分光棱鏡分為兩束，一束光I₁入射步驟一中加熱后的堿金屬氣室，另一束光I₂為參考光，測量不同頻率v的透過光光強和參考光I₂光強，并計算光學深度OD，得到關于頻率v和光學深度OD的吸收曲線：

步驟三、利用洛倫茲線型函數(shù)擬合關于光學深度OD與入射光頻率v的吸收曲線，通過擬合得到壓力展寬并計算堿金屬原子數(shù)密度，然后根據(jù)堿金屬原子數(shù)密度和溫度的關系得到氣室內溫度；

步驟四、改變加熱溫度重復上述三個步驟，獲得不少于六條不同溫度下的吸收曲線并計算溫度，擬合關于光學深度峰值OD_max和溫度的函數(shù)曲線；

步驟五、以光學深度峰值OD_max作為氣室內溫度的敏感信號，進行溫度測量，結合PID控制，實現(xiàn)基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控方法，其特征在于：所述步驟二中，光學深度OD的計算公式如下：

其中為透過光強，I₂為參考光強。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控方法，其特征在于：所述步驟三中，洛倫茲線型函數(shù)表示為：

式中OD為光學深度，v為入射光頻率，v₀為銣原子的中心頻率，Γ為擬合曲線的壓力展寬，即洛倫茲曲線的半高寬，k、v₀和Γ都是需要擬合的參數(shù)。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控方法，其特征在于：所述步驟三中，計算堿金屬原子數(shù)密度的公式如下：

n為氣室內溫度為T時堿金屬原子數(shù)密度，OD_max為吸收曲線光學深度峰值，c為光速，r_e為電子電磁半徑，f為振子線強度，此處取值l為光程，Γ為擬合得到的壓力展寬，c,r_e,f,l皆為常量；

堿金屬原子數(shù)密度n和氣室內溫度T的關系符合飽和蒸氣壓公式：

5.根據(jù)權利要求1所述的基于光吸收測溫的堿金屬氣室溫控方法，其特征在于：所述步驟二中，設計的光路包括：DFB激光器、分光棱鏡、光纖耦合器、波長計、準直透鏡、半波片、堿金屬氣室、光電探測器；DFB激光器出射的激光首先經(jīng)半波片和分光棱鏡分束，一部分光束經(jīng)光纖耦合器進入波長計檢測波長，另一部分進入主光路經(jīng)半波片和準直進入堿金屬氣室，通過調節(jié)半波片即可調節(jié)分光比，光強通過光電探測器采集。