专利名称：铷原子频标的高性能光谱灯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铷原子频标的高性能光谱灯装置。
背景技术：
铷原子频标具有体积小、重量轻、功耗低等特点，其已广泛应用于战机、弹载、通信网络节点同步等领域。铷原子频标是一种被动型原子频标，其中产生抽运光的光谱灯是原子频标的关键部件。光谱灯的光强决定了原子频标的频率稳定度，其产生的抽运光决定了系统的信噪比，因而光谱灯的性能对原子频标的短期和长期频率稳定度产生直接影响。振荡电路激励功率大时，光谱灯容易启动。但是激励功率大将产生以下不利影响激励功率越大，谱灯的寿命越短；激励功率太大，产生热量太多，灯室则不易控温；激励功率对频标中其他线路的高频干扰也大，不易消除；造成晶体管过热，影响晶体管的工作状态，从而降低谱灯光强的稳定性。所以，在光谱灯启动的初始时刻，射频振荡电路提供较大的激励功率；当光谱灯启动后，在保证灯稳定工作的条件下，应该用尽可能小的激励功率。为了实现光谱灯工作模式的切换，常用方法有第一，在光谱灯的电源电路中接入一个手动开关；第二，在振荡放大电路中使用热敏器件，根据光谱灯环境温度调节光谱灯的激励功率。加入手动开关的方法，在光谱灯启动前，触动手动开关给射频振荡电路提供高电源电压，从而给光谱灯提供较大的激励功率，使光谱灯迅速启动。然后，触动手动开关给光谱灯提供较低的电源电压，使激励功率降低至正常态，保持光谱灯正常工作。然而，使用这样的控制方式非常不方便。使用热敏器件调节激励功率的方法虽然简单，但是光谱灯的环境温度并不能准确反映光谱灯的工作状态。光谱灯内部充有金属铷和起辉气体，其充制工艺使得铷蒸汽和起辉气体的充制参数很难精确控制，造成不同批次光谱灯的光谱特性略有差别。因此，单一根据反映光谱灯环境温度的热敏器件调节谱灯激励功率是不准确的。因此，有必要提供一种更高性能铷原子频标光谱灯装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有光谱灯装置的不足，寻求一种能够精确反映光谱灯工作状态、自动完成光谱灯工作模式切换，且具有自动稳定光谱灯激励功率功能的功耗低、高性能铷原子频标光谱灯装置。本发明的目的通过以下技术方案来实现铷原子频标的高性能光谱灯装置，该装置包括相互连接的传统光谱灯装置和高性能光谱灯装置，所述的高性能光谱装置包括前置放大电路、振荡电路工作状态控制器和振荡电路恒流控制器，所述前置放大电路通过振荡电路工作状态控制器与振荡电路恒流控制器连接。
进一步，所述振荡电路工作状态控制器与振荡电路恒流控制器之间还设有第一限流电阻，根据振荡电路工作状态控制器的输出信号对振荡电路恒流控制器进行判断，稳定光谱灯的工作状态。进一步，所述第一限流电阻与振荡电路工作状态控制器之间还设有一晶体管作为切换开关，当光谱灯启动时，控制信号为高电压，则晶体管导通即切换开关闭合；当光谱灯点燃后，控制信号为低电压，则晶体管截止即切换开关断开。进一步，所述传统光谱灯装置包括光谱灯、用于激励光谱灯产生抽运的晶体管振荡电路和对光谱灯进行恒温控制的控温电路、用于对晶体管振荡电路功率调节的第二限流电阻和用于检测原子跃迁的光检器件。进一步，所述振荡电路工作状态控制器包括一运算放大器，该运算放大器作为电压比较器输出电压控制信号。进一步，所述晶体管振荡电路与所述振荡电路恒流控制器连接。本发明的优点在于本发明能够精确反映光谱灯工作状态、自动完成光谱灯工作模式切换，是一种具有自动稳定光谱灯激励功率功能的功耗低、高性能铷原子频标光谱灯装置。
图1 :本发明的高性能铷原子频标光谱灯装置结构图。图2 :本发明的振荡电路工作状态控制器。图3 :本发明的光谱灯工作状态切换开关电路。
具体实施例方式如图1所示为本发明的高性能铷原子频标光谱灯装置结构图。铷原子频标的高性能光谱灯装置包括相互连接的传统光谱灯装置A和高性能光谱灯装置B，所述的高性能光谱装置B包括前置放大电路1、振荡电路工作状态控制器2和振荡电路恒流控制器3，所述前置放大电路I通过振荡电路工作状态控制器2与振荡电路恒流控制器3连接。所述振荡电路工作状态控制器2与振荡电路恒流控制器3之间还设有第一限流电阻4，根据振荡电路工作状态控制器的输出信号对振荡电路恒流控制器进行判断，稳定光谱灯的工作状态。所述传统光谱灯装置A包括光谱灯5、用于激励光谱灯产生抽运的晶体管振荡电路6和对光谱灯进行恒温控制的控温电路7、用于对晶体管振荡电路功率调节的第二限流电阻8和用于检测原子跃迁的光检器件9。所述第一限流电阻与振荡电路工作状态控制器之间还设有一晶体管作为切换开关10，当光谱灯启动时，控制信号为高电压，则晶体管导通即切换开关闭合；当光谱灯点燃后，控制信号为低电压，则晶体管截止即切换开关断开。晶体管振荡电路的输出用于激励光谱灯启动，谱灯点燃后其光信号直接作用于光检器件。前置放大电路将光检器件输出的电流信号转换为电压信号并放大输出，该电压信号作为振荡电路工作状态控制器的判断信号。根据该判断信号，开关K作出断开或闭合动作，即振荡电路工作模式切换。限流电阻上采样的电压信号作为振荡电路恒流控制器的判断信号，根据该信号稳定晶体管振荡电路的输出功率，从而稳定光谱灯工作状态。高性能光谱灯装置分为2个工作状态启动状态和运行状态。开机时电路工作于启动状态，灯振荡电路以较大激励电流11工作。此时，前放输出直流电压约为Vl，当铷灯点亮后前放输出直流电压约为V2。振荡电路工作状态控制器检测前放信号并判断铷灯已点亮后，控制振荡电路进入运行状态，此时电流减小至12左右并稳定在该电流值。图2为本发明的振荡电路工作状态控制器。振荡电路工作状态控制器使用运算放大器作为电压比较器实现。电阻R3和R4对电压基准分压后的电压值作为比较器的参考电压，前置放大器输出作为比较器的输入。当光谱灯启动时，比较器输入电压<参考电压，t匕较器输出控制信号为高电压；当光谱灯点燃后，比较器输入>参考电压，比较器输出控制信号为低电压。图3为本发明的光谱灯工作状态切换开关电路。使用晶体管Q作为切换开关。当光谱灯启动时，控制信号为高电压，则晶体管导通即切换开关闭合，电阻R7和R8作为限流电阻2并联在限流电阻I两端，此时为较大激励电流。当光谱灯点燃后，控制信号为低电压，则晶体管截止即切换开关断开，限流电阻2与电路断开，此时为较小激励电流。应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.铷原子频标的高性能光谱灯装置，其特征在于，该装置包括相互连接的传统光谱灯装置和高性能光谱灯装置，所述的高性能光谱装置包括前置放大电路、振荡电路工作状态控制器和振荡电路恒流控制器，所述前置放大电路通过振荡电路工作状态控制器与振荡电路恒流控制器连接。
2.根据权利要求1所述的铷原子频标的高性能光谱灯装置，其特征在于，所述振荡电路工作状态控制器与振荡电路恒流控制器之间还设有第一限流电阻，根据振荡电路工作状态控制器的输出信号对振荡电路恒流控制器进行判断，稳定光谱灯的工作状态。
3.根据权利要求2所述的铷原子频标的高性能光谱灯装置，其特征在于，所述第一限流电阻与振荡电路工作状态控制器之间还设有一晶体管作为切换开关，当光谱灯启动时，控制信号为高电压，则晶体管导通即切换开关闭合；当光谱灯点燃后，控制信号为低电压，则晶体管截止即切换开关断开。
4.根据权利要求1所述的铷原子频标的高性能光谱灯装置，其特征在于，所述传统光谱灯装置包括光谱灯、用于激励光谱灯产生抽运的晶体管振荡电路和对光谱灯进行恒温控制的控温电路、用于对晶体管振荡电路功率调节的第二限流电阻和用于检测原子跃迁的光检器件。
5.根据权利要求1所述的铷原子频标的高性能光谱灯装置，其特征在于，所述振荡电路工作状态控制器包括一运算放大器，该运算放大器作为电压比较器输出电压控制信号。
6.根据权利要求4所述的铷原子频标的高性能光谱灯装置，其特征在于，所述晶体管振荡电路与所述振荡电路恒流控制器连接。
全文摘要
本发明涉及铷原子频标的高性能光谱灯装置，该装置包括相互连接的传统光谱灯装置和高性能光谱灯装置，所述的高性能光谱装置包括前置放大电路、振荡电路工作状态控制器和振荡电路恒流控制器，所述前置放大电路通过振荡电路工作状态控制器与振荡电路恒流控制器连接。本发明能够精确反映光谱灯工作状态、自动完成光谱灯工作模式切换，是一种具有自动稳定光谱灯激励功率功能的功耗低、高性能铷原子频标光谱灯装置。
文档编号H05B41/14GK103025034SQ20121057067
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者马丽, 刘伟, 杨同敏 申请人:北京无线电计量测试研究所