一種用於氫頻標量子系統的測試平臺的製作方法
2024-01-23 00:02:15
一種用於氫頻標量子系統的測試平臺的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，該測試平臺包括用於固定被測量子系統輻射組件的真空室；與真空室連通的第一真空計；真空室上至少一個用於輸出待測輻射信號的真空數據接口；用於向真空室提供原子束的原子束光學系統；與原子束光學系統連通的第二真空計；至少一個用於將真空室和原子束光學系統抽成真空的真空泵組；用於對來自所述真空室、原子束光學系統以及第一和第二真空計的數據進行處理的數據處理單元。本發明所述測試平臺能夠測量主動型和被動型氫頻標的多項參數，具有測量周期短、精度高的優點，為提高氫頻標性能提供了更便利、更快捷的測量方法。
【專利說明】一種用於氫頻標量子系統的測試平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量裝置，特別是一種用於氫頻標量子系統的測試平臺。
【背景技術】
[0002]氧頻標具有極聞的頻率穩定度指標，在衛星導航、時間同步、守時授時及通?目等領域得到廣泛的應用。氫頻標分為主動型氫頻標和被動型氫頻標，這兩種氫頻標的工作原理不同。主動型氫頻標能夠主動的輻射出氫原子的振蕩信號，而被動型氫頻標在外部微波信號的激勵下輻射氫原子的躍遷信號。主動型氫頻標的指標略高於被動型氫頻標，但在體積、重量和價格上都要高於被動型氫頻標。
[0003]主動型氫頻標和被動型氫頻標都由量子系統和電路系統組成。量子系統是氫頻標的核心部件，對氫頻標的穩定度指標起著決定性能作用。氫頻標量子系統主要包括微波腔、磁屏蔽系統、儲存泡、選態磁鐵、電離泡和電離泡準直器等元器件。主動型氫頻標量子系統的主要指標為輻射信號幅度，被動型氫頻標量子系統的主要指標為氫原子的躍遷信號幅度。為使量子系統工作在穩定狀態，需要對量子系統的各種工作參數進行測量。
[0004]因此需要一種既適用於測量主動型氫頻標和被動型氫頻標的量子系統的輻射性能，又適用於測試氫頻標量子系統各零部件性能，便於操作的氫頻標量子系統的測試系統。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，以解決氫頻標量子系統性能參數快速測量的問題。
[0006]為解決上述問題本發明提供一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，該測試平臺包括
[0007]用於固定被測量子系統輻射組件的真空室；
[0008]與真空室連通的第一真空計；
[0009]真空室上至少一個用於輸出待測輻射信號的真空數據接口 ；
[0010]用於向真空室提供原子束的原子束光學系統；
[0011]與原子束光學系統連通的第二真空計；
[0012]至少一個用於將真空室和原子束光學系統抽成真空的真空泵組；
[0013]用於對來自所述真空室、原子束光學系統以及第一和第二真空計的數據進行處理的數據處理單元。
[0014]優選的，該測試平臺進一步包括用於將原子束光學系統與真空室連通的管道，該管道具有用於端接真空室內被測量子系統輻射組件的接口。
[0015]優選的，所述管道是長度可調的。
[0016]優選的，該測試平臺包括第一真空泵組和第二真空泵組，所述第一真空泵組用於將真空室抽成真空狀態，所述第二真空泵組用於將原子束光學系統抽成真空狀態。
[0017]優選的，該測試平臺還包括連接在所述第一真空泵組和所述真空室之間的第一閥門和連接在所述第二真空泵組和所述原子束光學系統之間的第二閥門。
[0018]優選的，所述原子束光學系統包括氫原子源，準直器和選態器。
[0019]優選的，所述真空室包括用於輸出振蕩信號的第一真空數據接口和用於輸出躍遷信號的第二真空數據接口。
[0020]優選的，所述真空室包括一個真空數據接口和用於測量輻射信號的測量裝置。
[0021]優選的，所述數據處理單元包括數據處理模塊、頻譜儀和網絡分析儀。
[0022]根據本發明的測試平臺既可以測量主動型氫頻標量子系統也可以測量被動型氫頻標量子系統。該測試平臺通過包括真空室、輻射幅度測試裝置和原子束光學系統，使得在量子系統包括微波腔、磁屏蔽系統和儲存泡的輻射組件與其各原子束光學部件組裝之前對輻射組件進行性能測試成為可能，由此可提高氫頻標整體組裝的質量和效率。根據本發明的測試平臺能夠迅速準確的測量氫頻標量子系統的多項性能參數，並可同時實現選態磁鐵和電離泡準直器的選擇和位置確定，具有測量周期短、測量結果準確和測量性能全面等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1示為一種用於氫頻標量子系統的測試平臺示意圖。
[0024]1、第一真空泵組，2、第二真空泵組，3、真空室，4、原子束光學系統，5、數據處理單元，6、第一閥門，7、第二閥門，8、第一真空計，9、第二真空計，10、管道，11、真空數據接口，12、氫源組件，13、電離組件，14、儲存泡，15、微波腔，16、磁屏蔽系統，17、選態磁鐵，18、準直器，19、網絡分析儀，20、數據處理模塊，21、頻譜儀，22、電離泡。
【具體實施方式】
[0025]下面根據附圖對本發明做進一步描述。
[0026]圖1示出一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，該測試平臺包括第一真空泵組1、第二真空泵組2、用於放置被測量子系統輻射組件的真空室3、用於向真空室3提供原子束的原子束光學系統4、用於對來自真空室和束光學系統的數據進行處理的數據處理單元5、第一閥門6、第二閥門7、第一真空計8、第二真空計9、連通真空室和束光學系統的管道10和至少一個真空數據接口 11。所述數據處理單元包括數據處理模塊、頻譜儀和網絡分析儀。所述第一真空泵組I通過第一閥門6與真空室3連接，第一真空計8與真空室3連通，第二真空泵組2通過第二閥門7與原子束光學系統4連接。管道10的一端與原子束光學系統4連通，另一端是位於真空室內可與被測量子系統的儲存泡進行密封端接的接口。當管道10與儲存泡密封端接時，真空室3獨自形成第一真空系統，儲存泡通過管道10與束光學系統4連通形成第二真空系統。第二真空計9與原子束光學系統4連通。優選地，真空室3可以包括用於測量量子系統的輻射幅度的測量裝置例如探針和用於輸出探針的待測信號的一個真空數據接口。通過設置可以分別測量主動型量子系統和被動型量子系統的輻射信號的測量裝置，以使該測試平臺既可用於測試主動型氫頻標也可用於測試被動型頻標。或者，真空室3的真空數據接口 11可以是兩個數據接口。一個數據接口可以是用於輸出振蕩信號的第一真空數據接口，以使測試平臺可用於測試主動型氫頻標量子系統。另一個數據接口可以是用於輸出躍遷信號的第二真空數據接口，以使測試平臺可用於測試被動型氫頻標量子系統。
[0027]測試平臺的原子束光學系統4用於向真空室內的待測量子系統輻射組件提供原子束。該原子束光學系統包括氫原子源，準直器18和選態磁鐵17。氫原子源例如包括氫源組件12，電離組件13和電離泡22。選態磁鐵17以例如螺接的方式固定在可調管道10內部。電離泡22通過例如螺接的方式固定於原子束光學系統4中心處。準直器18可位於選態磁鐵和電離組件13之間。電離泡22的出口、所述準直器18的中心、選態磁鐵17的中心、和量子系統的儲存泡的入口在一條直線上。氫源組件12為原子束光學系統4提供的氫分子，所述氫分子經過電離組件13變為具有高能級和低能級的氫原子，具有高、低能級的氫原子在電離泡準直器18的作用下，使所述氫原子通過電離泡後按所需角度射出，經過電離泡射出的氫原子束通過選態磁鐵17進行選態，並將高能級的氫原子射入氫頻標量子系統的儲存泡14中。
[0028]本發明的測試平臺可用於測量主動型氫頻標的輻射特性。在測量主動型氫頻標量子系統的輻射振蕩信號的信號幅度時，通過數據處理單元5的頻譜儀21對主動型氫頻標量子信號的待測信號進行測量。例如，將待測量子系統的微波腔15的振蕩頻率調製為所需頻率例如1.42GHz，將其磁屏蔽系統16進行退磁處理後，將氫頻標量子系統包括微波腔15和磁屏蔽系統16和儲存泡的組件通過無磁螺釘固定於真空室3內，開啟第一真空泵組I和第一閥門6。利用數據探針對真空室3內的被測量子系統的輻射信號數據進行採集，通過真空數據接口 11將數據輸出，並傳輸到數據處理單元5。數據處理單元5中的頻譜儀21可對數據分析處理獲得主動型氫頻標量子系統的輻射信號幅度值。
[0029]本發明的測試平臺可用於測量被動型氫頻標的輻射特性。當測量被動型氫頻標量子系統的躍遷信號幅度時，利用數據處理單元5中的網絡分析儀19對被動型氫頻標的躍遷信號幅度進行測量。例如，將被動型氫頻標微波腔15的振蕩頻率調製為所需頻率如
1.42GHz，將其磁屏蔽系統16進行退磁處理後，將氫頻標量子系統包括微波腔15和磁屏蔽系統16和儲存泡的組件通過無磁螺釘固定於真空室3內。開啟第一真空泵組I和第一閥門6，真空室3利用數據探針對被測部件的躍遷信號數據進行採集，通過真空數據接口 11將數據輸出，並傳輸到數據處理單元5，數據處理單元5中的網絡分析儀20對數據進行分析處理，獲得被動型氫頻標的躍遷信號幅度值。
[0030]本發明的測試平臺可用於測量氫頻標量子系統的放氣速率和放氣量。本發明所述測量平臺在測量氫頻標量子系統各零部件的放氣速率和放氣量時，將氫頻標量子系統包括微波腔15和磁屏蔽系統16的組件用無磁螺釘固定在真空室3內，開啟第一真空泵組I和第一閥門6，當第一真空計8的示數小於10-5Pa時，關閉第一閥門6。此時，數據處理單元5中的數據處理模塊20根據來自第一真空計8的真空度數值隨時間的變化，利用公式計算出氫頻標量子系統各零部件的放氣速率和放氣量。
[0031]本發明的測試平臺可用於氫頻標量子系統的光學系統的光學部件的選擇和定位。當測試平臺用於選擇和定位氫頻標量子系統的例如選態磁鐵和/或電離泡準直器的原子束光學部件時，用待選光學部件替換測試平臺的束光學系統中的相應光學部件，根據待測氫頻標的類型選取數據處理單元5中的網絡分析儀19或頻譜儀20對真空室輸出的待測信號進行信號幅度測量。根據測量得到的信號幅度確定將選用的光學部件並確定相應的組裝位置。具體地，將氫頻標量子系統的微波腔15的振蕩頻率調製為所需頻率，並對氫頻標量子系統的磁屏蔽系統16進行退磁處理，將包括微波腔15和磁屏蔽系統16和儲存泡的組件通過無磁螺釘固定於真空室3內。將待測試的氫頻標量子系統的選態磁鐵17以螺接的方式固定在可調管道10內部。將氫頻標量子系統的電離泡22通過螺接的方式固定於原子束光學系統4中心處，固定量子系統的電離泡準直器18，同時保持儲存泡14、選態磁鐵17、電離泡22和電離泡準直器18處在同一直線上。開啟第一真空泵組1、第一閥門6、第二真空泵組2和第二閥門7，同時開啟氫源組件12和電離組件13，氫源組件12為原子束光學系統4提供的氫分子，氫分子經過電離組件13變為具有高能級和低能級的氫原子，具有高、低能級的氫原子在電離泡準直器18的作用下，使所述氫原子通過電離泡後按所需角度射出，經過電離泡射出的氫原子束通過選態磁鐵17進行選態，並將高能級的氫原子射入氫頻標量子系統的儲存泡14中。當所述第一真空系統和所述第二真空系統分別達到需要的真空度時，分別關閉第一閥門6和第二閥門7。利用可調管道10調整選態磁鐵17與儲存泡和電離泡準直器18之間的距離，以使氫頻標量子系統的輻射信號幅度值或躍遷信號幅度值具有最大值。當氫頻標量子系統的輻射信號幅度值或躍遷信號幅度值具有最大值時，停止對可調管道10的調節，此時，選態磁鐵17的位置為氫頻標量子系統最優的選態距離，電離泡準直器18使氫原子束達到最優的出射角度。由此,可快速選取合適的選態磁鐵17和電離泡準直器18，並可迅速調整並確定量子系統各原子束光學部件的最優位置。
[0032]本發明的測試平臺可用於測量氫頻標吸氣劑材料的使用壽命。當使用測試平臺測量氫頻標吸氣劑材料壽命時，將氫頻標的微波腔15的振蕩頻率調製為所需頻率,並對磁屏蔽系統16進行退磁處理，將微波腔15和磁屏蔽系統16通過無磁螺釘固定於真空室3內。將待測吸氣劑材料置於原子束光學系統4中，將第一真空泵組I和第一閥門6開啟，將第二真空泵2和第二閥門7開啟，根據吸氣劑材料的激活要求進行加熱完成吸氣劑材料的激活。當所述第一真空系統和所述第二真空系統分別達到所需真空度時，分別關閉第一閥門6和第二閥門7。將為原子束光學系統4提供氫源的氫源組件12開啟，對第二真空系統放氣操作。隨後，數據處理單元5中的數據處理模塊20採集第二真空計9的變化量，當真空度降低至設定值時，自動停止測量。利用測量的真空度數據計算出吸氣劑的吸氣速率和吸氣總量，再通過通氫量計算出吸氣劑材料的壽命。
[0033]綜上所述，本發明所述測試平臺能夠測量主動型和被動型氫頻標的多項參數，具有測量周期短、精度高的有點，為提高氫頻標性能提供了更便利、更快捷的測量方法。
[0034]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細描述說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所述【技術領域】的普通技術人員來說在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:該測試平臺包括 用於固定被測量子系統輻射組件的真空室； 與真空室連通的第一真空計； 真空室上至少一個用於輸出待測輻射信號的真空數據接口； 用於向真空室提供原子束的原子束光學系統； 與原子束光學系統連通的第二真空計； 至少一個用於將真空室和原子束光學系統抽成真空的真空泵組； 用於對來自所述真空室、原子束光學系統以及第一和第二真空計的數據進行處理的數據處理單元。
2.根據權利要求1所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:該測試平臺進一步包括用於將原子束光學系統與真空室連通的管道，該管道具有用於端接真空室內被測量子系統福射組件的接口。
3.根據權利要求2所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:所述管道是長度可調的。
4.根據權利要求1所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:該測試平臺包括第一真空泵組和第二真空泵組，所述第一真空泵組用於將真空室抽成真空狀態，所述第二真空泵組用於將原子束光學系統抽成真空狀態。
5.根據權利要求4所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:該測試平臺還包括連接在所述第一真空泵組和所述真空室之間的第一閥門和連接在所述第二真空泵組和所述原子束光學系統之間的第二閥門。
6.根據權利要求1所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:所述原子束光學系統包括氫原子源，準直器和選態器。
7.根據權利要求1所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:所述真空室包括用於輸出振蕩信號的第一真空數據接口和用於輸出躍遷信號的第二真空數據接□。
8.根據權利要求1所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:所述真空室包括一個真空數據接口和用於測量輻射信號的測量裝置。
9.根據權利要求1所述的一種用於氫頻標量子系統的測試平臺，其特徵在於:所述數據處理單元包括數據處理模塊、頻譜儀和網絡分析儀。
【文檔編號】G01R31/00GK103605036SQ201310646739
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】陳海波 申請人:北京無線電計量測試研究所