[發(fā)明專利]一種銫束管磁屏蔽及銫原子鐘磁敏感度的優(yōu)化設計方法

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• 申請日: 2023-03-03
• 公開（公告）號: CN116401822A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 楊軍;陳江;劉志棟;王驥;楊煒;成大鵬;鄭寧
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

本發(fā)明公開了一種銫束管磁屏蔽及銫原子鐘磁敏感度的優(yōu)化設計方法，屬于原子頻標技術領域。該方法通過建立銫束管磁屏蔽參數與銫原子鐘磁敏感度之間的量化關系式，能夠方便的設計由磁屏蔽筒和磁屏蔽盒構成的復雜磁屏蔽系統(tǒng)的磁屏蔽效能和內部磁場大小，為磁屏蔽和磁敏感度的優(yōu)化設計提供了理論基礎。其物理意義明確，計算方法簡單，通用性強，適用性廣，可用于銫原子鐘的小型輕量化設計及提高銫原子鐘在復雜環(huán)境中的性能、可靠性、適應性和壽命等技術指標。

技術領域

本發(fā)明涉及原子頻標技術領域，具體涉及一種銫束管磁屏蔽及銫原子鐘磁敏感度的優(yōu)化設計方法。

背景技術

銫原子鐘是精密的一級時間頻率標準計量產品，具有頻率準確度好、長期穩(wěn)定度好、漂移率低、環(huán)境適應性強和可靠性高的優(yōu)點，被用于守時、授時、通信、電力等領域。

銫原子鐘的物理部分為銫束管，用于產生高穩(wěn)定鑒頻信號。磁屏蔽主要指的是安裝在銫束管微波腔外的具有高磁導率的結構件，用于屏蔽微波腔C場區(qū)域外磁場，防止干擾C場區(qū)域內用于銫原子能級分裂的磁場。銫束管內其余部組件如電子倍增器、熒光收集器也需要考慮磁屏蔽設計。在干擾磁場中，主要涉及：銫束管內的選態(tài)器磁場、鈦泵磁場和質譜計磁場等，以及銫束管或銫原子鐘外部的磁場。此外，磁屏蔽材料的密度較大，且用量多、體積大，占據銫束管中較大比例的重量，對銫原子鐘的小型輕量化設計與實現(xiàn)有重要影響。

C場區(qū)域外部的磁場影響會導致銫原子鐘的頻率穩(wěn)定性和準確性變化。銫束管中的磁屏蔽能夠將磁場屏蔽掉，從而保證銫原子鐘對磁場的低敏感性。保證銫束管內C場區(qū)域磁場的均勻性，降低銫束管對磁場的敏感度，可使銫原子鐘具有優(yōu)異的頻率輸出性能、環(huán)境適應性和壽命可靠性。

因此，磁屏蔽及磁敏感度的設計計算及優(yōu)化是必不可少的，對研制高性能守時型銫原子鐘來講相當關鍵。一方面是涉及銫束管和銫原子鐘小型輕量化的設計實現(xiàn)，另一方面還關系到整機的適應性、可靠性和壽命等指標的好壞。目前關于銫原子鐘磁屏蔽及磁敏感度的優(yōu)化設計方法未見報道。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種銫束管磁屏蔽及銫原子鐘磁敏感度的優(yōu)化設計方法，能夠用于降低銫原子鐘在磁場環(huán)境中的敏感性設計，從而確保其在磁場環(huán)境下的高精度時間同步和頻率輸出性能。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案包括以下八個步驟：

步驟(一)銫束管的管殼的內部中央位置處設置微波腔；管殼內部、微波腔兩側設置態(tài)制備器和態(tài)檢測器。

在微波腔與態(tài)制備器、態(tài)檢測器之間設置多層磁屏蔽結構；在態(tài)制備器、態(tài)檢測器與管殼之間設置多層磁屏蔽結構。

確定每個屏蔽層的參數初始值。

步驟(二)根據磁屏蔽設計與磁屏蔽效能之間關系，得出每層磁屏蔽結構的磁屏蔽效能設計值、磁屏蔽內空間的磁場設計值以及總的磁屏蔽效能設計值；

步驟(三)根據總的磁屏蔽效能值與C場區(qū)域內剩磁之間關系，得出銫原子鐘銫束管微波腔C場區(qū)域內的剩余磁場設計值。

步驟(四)根據銫原子鐘磁敏感度與磁場之間的關系，得出銫原子鐘磁敏感度設計值。

步驟(五)以銫原子鐘磁敏感度要求值及銫原子鐘使用環(huán)境的磁場要求值為依據，根據銫原子鐘磁敏感度與磁場之間的關系，得出銫原子鐘銫束管微波腔C場區(qū)域內的剩余磁場設計值。

步驟(六)判斷銫原子鐘磁敏感度設計值與要求值之間的大小；當銫原子鐘磁敏感度的設計值小于或等于要求值時，說明磁屏蔽設計滿足銫原子鐘磁敏感度的要求，否則重新步驟(一)至(六)，直到磁屏蔽設計滿足銫原子鐘磁敏感度的要求為止。