一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法和裝置的製作方法

2023-05-21 06:50:31

專利名稱：一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及原子頻標領域，特別涉及一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法和>J-U ρ α裝直。
背景技術：
原子頻標作為高穩定、高精度的時間同步源，正被廣泛應用於航天、通訊、國防軍事等眾多領域。這些應用領域要求原子頻標能夠適應各種苛刻的環境，尤其是工作溫度。因為，工作溫度的變化將會引起原子頻標內部燈溫、腔溫等核心部件工作溫度的變化，造成原子超精細結構0-0躍遷頻率的不穩定，最終影響頻率輸出的穩定性。實際上，這些都是原子頻標的溫度係數所帶來的負面影響。
為克服溫度係數對原子頻標穩定性所造成的影響，現有技術通常是將原子頻標置入恆溫的環境中，這樣可以改善外界環境溫度的變化對原子頻標穩定性的影響。
發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術至少存在以下問題
在野外等惡劣的環境工作時，很難甚至不可能提供這樣的恆溫環境，導致原子頻標輸出不穩定，受到環境溫度的影響。發明內容
為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法和裝置。所述技術方案如下
—方面，本發明實施例提供了一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法，所述方法包括
測量原子頻標工作時的工作環境溫度；
比較測得的所述工作環境溫度與所述原子頻標的參考工作溫度，所述參考工作溫度為原子頻標上電後穩定後的環境溫度；
當所述工作環境溫度不等於所述原子頻標的參考工作溫度時，採用所述工作環境溫度和所述參考工作溫度的差值計算頻率補償值；
採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償。
其中，根據以下公式計算所述頻率補償值
頻率補償值=溫度係數*輸出頻率*差值的絕對值。
進一步地，所述採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償，包括
當所述工作環境溫度高於所述原子頻標的參考工作溫度時，將所述輸出頻率數值減去所述頻率補償值；當所述工作環境溫度低於所述原子頻標的參考工作溫度時，將所述輸出頻率數值加上所述頻率補償值。
進一步地，所述採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償，包括 採用直接數字式頻率合成器對所述原子頻標的輸出頻率進行補償。
進一步地，所述測量原子頻標工作時的工作環境溫度，包括
測量所述原子頻標的外殼內壁上的多點的溫度，並計算所述多點的溫度的平均值，作為所述工作環境溫度。
另一方面，本發明實施例還提供了一種減小溫度係數對原子頻標影響的裝置，所述裝置包括
測溫模塊，用於測量原子頻標工作時的工作環境溫度；
處理模塊，用於比較測得的所述工作環境溫度與所述原子頻標的參考工作溫度， 當所述工作環境溫度不等於所述原子頻標的參考工作溫度時，採用所述工作環境溫度和所述參考工作溫度的差值計算頻率補償值；
補償模塊，用於採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償。
進一步地，所述測溫模塊由若干個熱敏電阻構成，所述熱敏電阻分別貼於所述原子頻標外殼內壁上。
進一步地，所述的補償模塊包括直接數字式頻率合成器。
進一步地，所述的處理模塊包括微處理器。
本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是
通過測量原子頻標工作時的工作環境溫度，並根據工作環境溫度和參考工作溫度的差值計算頻率補償值，再對原子頻標輸出進行補償後輸出給用戶；減小了外界溫度變化對原子頻標輸出的影響，保證上電後原子頻標輸出的穩定度。


為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖I是本發明實施例一提供的減小溫度係數對原子頻標影響的方法流程圖2是本發明實施例二提供的減小溫度係數對原子頻標影響的裝置結構示意圖3是本發明實施例二提供的測溫模塊結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
實施例一
本發明實施例提供了一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法，參見圖1，該方法包括
步驟100 :測量原子頻標工作時的工作環境溫度。
具體地，該步驟包括測量原子頻標的外殼內壁上的多點的溫度，並計算多點的溫度的平均值，作為工作環境溫度。
在具體實現中，可以將若干個熱敏電阻分別貼於原子頻標外殼內壁上，用於測量原子頻標工作時的外殼內壁溫度。為提高測量精度，設計時可以儘量使用數量多的熱敏電阻，計算時取其平均值。
以原子頻標的殼體為長方體，採用6片熱敏電阻測量為例(如圖3所示):分別將這 6片熱敏電阻貼於原子頻標結構體外殼的6個面的內壁上。當原子頻標工作的外殼內壁溫度T發生變化時，6片熱敏電阻的阻值亦會發生變化，取其平均值便可得到相應的阻值R，通過熱敏電阻生產廠商提供的「溫度T-阻值R」特徵曲線便可建立數據轉換關係，由此獲得溫度數值，這裡不再贅述如何根據阻值得到溫度。
步驟200 比較測得的工作環境溫度與原子頻標的參考工作溫度；參考工作溫度為原子頻標上電穩定後的環境溫度。
其中，原子頻標上電穩定一般需要經過3-5個小時，穩定後通過貼於原子頻標結構體外殼上的熱敏電阻測得參考工作溫度的值。
若工作環境溫度與原子頻標的參考工作溫度相等，則說明外界環境未對工作環境溫度造成影響，不必進行補償。
步驟300 :當工作環境溫度不等於原子頻標的參考工作溫度時，採用工作環境溫度和參考工作溫度的差值計算頻率補償值。
具體地，根據以下公式計算頻率補償值
頻率補償值=溫度係數*輸出頻率*差值的絕對值。
在本實施例中，原子頻標的溫度係數是指，原子頻標的工作環境溫度每變化TC 時，引起的原子頻標輸出頻率的變化值與實際原子頻標輸出頻率的比值。
假如，原子頻標系統的溫度係數為+1E_12(已知)，即工作環境溫度每升高1°C將引起原子頻標系統輸出信號fo頻率穩定度發生+1E-12量級的變化，即f/fo=+lE-12。那麼， 以fo=10MHz為例，差值為1，則€=(+比-5)取=1(^泡，微處理器需要對作進行(-1E-5) Hz=-IO μ Hz 的修正。
步驟400 :採用頻率補償值對原子頻標的輸出頻率進行補償。
具體地，當工作環境溫度高於原子頻標的參考工作溫度時，將輸出頻率數值減去頻率補償值；當工作環境溫度低於原子頻標的參考工作溫度時，將輸出頻率數值加上頻率補償值。
進一步地,採用DDS (Direct Digital Synthesizer,直接數字式頻率合成器)對原子頻標的輸出頻率進行補償。
下面將以AD9854的DDS晶片為例，說明如何採用DDS對原子頻標的輸出頻率進行補償。
例如，在進行頻率補償時，原子頻標輸出的fo=10MHz輸送至DDS的時基參考端， DDS內部對其進行2倍頻處理，即DDS實際工作的頻率為20MHz。
微處理器根據DDS的控制時序，輸出相應的電平信號作用於DDS使其輸出頻率發生改變，同時根據上述頻率補償值給DDS內部的48位頻率寄存器進行「0」、「I」填充。在該 48位頻率寄存器中，假如微處理器對其48位全部置「 I 」，則DDS微處理器的時序控制信號下，將輸出20MHz的頻率，同樣的道理，假如微處理器對其48位全部置「0」，則DDS微處理器的時序控制信號下，將輸出OMHz的頻率。
那麼，在步驟300中的情況下，原子頻標輸出的頻率值為10MHz，原子頻標的溫度係數為+1E-12，溫度檢測模塊發送至微處理器的原子頻標工作環境溫度和原子頻標參5CN 102931986 A書明說4/4頁考工作溫度的差值為1，那麼此時微處理器需要對DDS進行負反饋處理，即對DDS進行 IOMHz-IO μ Hz頻率控制輸出。對於AD9854而言，當不用內部鎖相環時，它的最小頻率解析度為ΙΟΜΗζ/248 (4Ε-8)Ηζ。那麼，要輸出IOMHz-IO μ Hz的頻率信號，則相應的48位頻率寄存器的值應為(10ΜΗζ-10μ Hz)*248/20MHz ^ 140737488355187 (d) =7FFFFFFFFF73 (h) =11 111111111111111111111111111111111111101110011(b)，微處理器在DDS 時序控制信號下， 將48位頻率控制字寫入DDS中，DDS則相應輸出修正後的頻率信號至用戶端。
本發明實施例通過測量原子頻標工作時的工作環境溫度，並根據工作環境溫度和參考工作溫度的差值計算頻率補償值，再對原子頻標輸出進行補償後輸出給用戶；減小了外界溫度變化對原子頻標輸出的影響，保證上電後原子頻標輸出的穩定度。
實施例二
本發明實施例提供了一種減小溫度係數對原子頻標影響的裝置，參見圖2，該裝置包括
測溫模塊2，用於測量原子頻標I工作時的工作環境溫度；
處理模塊3，比較測得的工作環境溫度與原子頻標的參考工作溫度，當工作環境溫度不等於原子頻標的參考工作 溫度時，採用工作環境溫度和參考工作溫度的差值計算頻率補償值；
補償模塊4，用於採用頻率補償值對原子頻標I的輸出頻率進行補償。
其中，參見圖3，測溫模塊2由若干個熱敏電阻20構成，上述熱敏電阻20分別貼於原子頻標I外殼內壁上，用於測量原子頻標I工作時的外殼內壁溫度。與之對應的，測溫模塊2還包括將上述熱敏電阻20測得的數值轉化為溫度值的功能模塊。
優選地，補償模塊4包括DDS，DDS型號可以為AD9854。
優選地，處理模塊3包括微處理器。
值得說明的是，上述微處理器3還用於對原子頻標I的傳統控制。
本發明實施例通過測量原子頻標工作時的工作環境溫度，並根據工作環境溫度和參考工作溫度的差值計算頻率補償值，再對原子頻標輸出進行補償後輸出給用戶；減小了外界溫度變化對原子頻標輸出的影響，保證上電後原子頻標輸出的穩定度。
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。權利要求
1.一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法，其特徵在於，所述方法包括 測量原子頻標工作時的工作環境溫度； 比較測得的所述工作環境溫度與所述原子頻標的參考工作溫度，所述參考工作溫度為原子頻標上電穩定後的環境溫度； 當所述工作環境溫度不等於所述參考工作溫度時，採用所述工作環境溫度和所述參考工作溫度的差值計算頻率補償值； 採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，根據以下公式計算所述頻率補償值 頻率補償值=溫度係數*輸出頻率*差值的絕對值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償，包括 當所述工作環境溫度高於所述原子頻標的參考工作溫度時，將所述輸出頻率數值減去所述頻率補償值；當所述工作環境溫度低於所述原子頻標的參考工作溫度時，將所述輸出頻率數值加上所述頻率補償值。
4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於，所述採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償，包括 採用直接數字式頻率合成器對所述原子頻標的輸出頻率進行補償。
5.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於，所述測量原子頻標工作時的工作環境溫度，包括 測量所述原子頻標的外殼內壁上的多點的溫度，並計算所述多點的溫度的平均值，作為所述工作環境溫度。
6.一種減小溫度係數對原子頻標影響的裝置，其特徵在於，所述裝置包括 測溫模塊(2)，用於測量原子頻標(I)工作時的工作環境溫度； 處理模塊(3)，用於比較測得的所述工作環境溫度與所述原子頻標的參考工作溫度，當所述工作環境溫度不等於所述原子頻標的參考工作溫度時，採用所述工作環境溫度和所述參考工作溫度的差值計算頻率補償值； 補償模塊(4)，用於採用所述頻率補償值對所述原子頻標(I)的輸出頻率進行補償。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述測溫模塊(2)由若干個熱敏電阻(20)構成，所述熱敏電阻分別貼於所述原子頻標(I)外殼內壁上。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述的補償模塊(4)包括直接數字式頻率合成器。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述的處理模塊(3)包括微處理器。
全文摘要
本發明公開了一種減小溫度係數對原子頻標影響的方法和裝置，屬於原子頻標領域。所述方法包括測量原子頻標工作時的工作環境溫度；比較測得的所述工作環境溫度與所述原子頻標的參考工作溫度；採用所述工作環境溫度和所述參考工作溫度的差值計算頻率補償值；採用所述頻率補償值對所述原子頻標的輸出頻率進行補償。所述裝置包括測溫模塊、處理模塊和補償模塊。本發明通過測量原子頻標工作時的工作環境溫度，並根據工作環境溫度和參考工作溫度的差值計算頻率補償值，再對原子頻標輸出進行補償後輸出給用戶；減小了外界溫度變化對原子頻標輸出的影響，保證上電後原子頻標輸出的穩定度。
文檔編號H03L7/26GK102931986SQ20121042399
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者雷海東, 劉勇, 蘭慧, 詹志明 申請人:江漢大學