专利名称：一种测量光谱灯控温因子的装置及方法
技术领域：
本发明涉及原子频标领域，特别涉及一种测量光谱灯控温因子的装置及方法。
背景技术：
在原子频标的物理部分中，谱灯型原子频标的抽运光源是一个无极放电的光谱灯。为了谱灯型原子频标快速锁定稳定工作，要求光谱灯尽快进入稳定工作状态。光谱灯的灯泡放在一个高频振荡线圈中，整个灯由高频场激励并维持发光。当激励功率大时，光谱灯容易启辉。然而，激励功率越大，产生的热量也越多，光谱灯的灯室则不容易被恒温。为了得到稳定的抽运光，整个灯室包括灯泡和振荡器电路都应该恒温，把温度控制在灯稳定发光的温度上。在实际应用中，为了使光谱灯工作环境的温度稳定，将为光谱灯设置温控装置。该温控装置用于实时测量光谱灯的实际温度，当光谱灯的实际温度高于预定温度时，对光谱灯进行降温；反之，当光谱灯的实际温度低于预定温度时，对光谱灯进行加热。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题为了使原子频标能够长期稳定工作，原子频标整机包括内部的光谱灯部件需放置在恒温环境中。由于原子频标整机的工作温度与光谱灯的工作温度不一致，可能导致原子频标整机的恒温环境影响光谱灯的工作温度，因此，光谱灯的温控装置需精确调节光谱灯的温度，以使光谱灯的工作温度稳定。为了衡量光谱灯的温控装置在恒温环境下的控温性能，以更好地设计光谱灯的控温装置及谱灯型原子频标整机，需测量光谱灯的控温因子。
发明内容
为了测量光谱灯的控温因子，本发明实施例提供了一种测量光谱灯控温因子的装置及方法。所述技术方案如下—种测量光谱灯控温因子的装置，所述装置包括用于控制谱灯型原子频标的工作环境温度的恒温箱、以及用于控制所述光谱灯的工作温度的温控�？椋鲎爸没拱ㄓ糜诘彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任谝还ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任ど柚凳保约暗彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任诙ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任炙鲈ど柚挡槐涫保直鸩饬克銎椎菩驮悠当甑氖导使ぷ骰肪澄露龋⒌玫降谝皇导使ぷ骰肪澄露群偷诙导使ぷ骰肪澄露鹊牡谝徊馕履？椋龅谝还ぷ骰肪澄露扔胨龅诙ぷ骰肪澄露炔煌挥糜诘彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任谝还ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任ど柚凳保约暗彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任诙ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任炙鲈ど柚挡槐涫保直鸩饬克龉馄椎频氖导使ぷ魑露龋⒌玫降谝皇导使ぷ魑露群偷诙导使ぷ魑露鹊牡诙馕履？椋灰约坝糜谏柚盟銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露群退龉馄椎频脑ざüぷ魑露龋⒏莶獾玫乃銎椎菩驮悠当甑乃龅谝皇导使ぷ骰肪澄露群退龅诙导使ぷ骰肪澄露取⒁约八龉馄椎频乃龅谝皇导使ぷ魑露群退龅诙导使ぷ魑露龋扑闼隹匚乱蜃拥闹骺啬？椋黄渲校龊阄孪湮傻魑露鹊暮阄孪洌銎椎菩驮悠当旰退龅谝徊馕履？樯柙谒龊阄孪淠冢凰龊阄孪�、所述温控�？�、所述第一测温�？楹退龅诙馕履？榉直鹩胨鲋骺啬？榱�。其中，所述恒温箱调节温度的精度大于O. 1°C。其中，所述温控�？榘礁龆猿频缱琛⑹值缥患�、热敏电阻、温控芯片和电源；其中，所述两个对称电阻的一端相连，其中一个所述对称电阻的另一端与所述数字电位计的一端连接，另一个所述对称电阻的另一端与所述热敏电阻的一端连接；所述数字电位计的另一端与所述热敏电阻的另一端连接；所述温控芯片的一端连在所述数字电位计和与所述数字电位计相邻的所述对称电阻之间，所述温控芯片的另一端连在所述热敏电阻和与所述热敏电阻相邻的所述对称电阻之间；所述两个对称电阻的连接点与所述电源连接；所述数字电位计与所述热敏电阻的连接点接地。 其中，所述第一测温�？槲让舻缱瑁鋈让舻缱枭柙谒鲈又拥目翘迳稀Ｆ渲校龅诙馕履？槲让舻缱瑁鋈让舻缱杼谒龉馄椎频谋砻�。其中，所述控温因子为，
T: - T—
t2 ~h其中，T/为所述第一实际工作环境温度A1 ’为在所述第一实际工作温度；T2’为所述第二实际工作环境温度；t2’为所述第二实际工作温度。其中，所述装置还包括与所述主控�？榱拥挠糜谙允炯扑愠龅乃隹匚乱蜃拥南允灸？�。一种测量光谱灯控温因子的方法，所述方法包括当谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度为预设值时，分别测量所述谱灯型原子频标的实际工作环境温度和所述光谱灯的实际工作温度，得到所述谱灯型原子频标的第一实际工作环境温度和所述光谱灯的第一实际工作温度；当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述谱灯型原子频标的实际工作环境温度和所述光谱灯的实际工作温度，得到所述谱灯型原子频标的第二实际工作环境温度和所述光谱灯的第二实际工作温度；根据所述谱灯型原子频标的所述第一实际工作环境温度和所述第二实际工作环境温度、以及所述光谱灯的所述第一实际工作温度和所述第二实际工作温度，计算所述控温因子。其中，所述控温因子根据以下公式计算
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J其中，T/为所述第一实际工作环境温度A1 ’为所述第一实际工作温度；T2’为所述第二实际工作环境温度；t2’为所述第二实际工作温度。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过恒温箱控制谱灯型原子频标的工作环境温度；温控�？榭刂乒馄椎频墓ぷ魑露龋坏谝徊馕履？椴饬科椎菩驮悠当甑氖导使ぷ骰肪澄露龋诙馕履？椴饬抗馄椎频氖导使ぷ魑露龋恢骺啬？樯柚闷椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露群凸馄椎频脑ざüぷ魑露龋⒏萜椎菩驮悠当甑氖导使ぷ骰肪澄露群凸馄椎频氖导使ぷ魑露燃扑憧匚乱蜃樱还馄椎频目匚乱蜃幽芄缓饬抗馄椎频奈驴刈爸迷诤阄禄肪诚碌目匚滦阅埽玫纳杓莆驴刈爸眉捌椎菩驮悠当暾�。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例1中提供的一种测量光谱灯控温因子的装置的结构示意图；图2是本发明实施例2中提供的一种测量光谱灯控温因子的装置的结构示意图；图3是本发明实施例2中提供的控温�？榈慕峁故疽馔肌�
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。为便于对本发明实施例描述的技术方案的理解，首先对控温因子进行介绍。一般地，控温因子指两个相对变化温度的比例关系。在谱灯型原子频标中，当谱灯型原子频标的工作环境温度变化时，会引起光谱灯的温度变化。光谱灯控温因子描述的便是工作环境温度和光谱灯自身工作温度两者相对变化量之间的比例关系。例如，假设工作环境温度由25度下降到24度，引起的光谱灯工作温度由120度下降到119. 99度，则光谱灯的控温因子为(25-24) / (120-119. 99) =100。容易知道，光谱灯的控温因子能够反映光谱灯在谱灯型原子频标实际工作时的控温效果。具体地，控温因子越高，则当环境工作温度变化时，一方面弓I起的光谱灯工作温度变化越小，另一方面正是因为光谱灯工作温度变化越�。蚬馄椎贫云椎菩驮悠当暾涑鲂藕诺钠德饰榷ǘ扔跋煸叫 Ｒ虼耍饬抗馄椎瓶匚乱蜃邮欠浅１匾�。实施例1参见图1，本发明实施例1提供了一种测量光谱灯控温因子的装置，该装置包括用于控制谱灯型原子频标a的工作环境温度的恒温箱101和用于控制光谱灯b的工作温度的温控�？�102 ;该装置还包括用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持该预设值不变时，分别测量谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并得到第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温�？�103 ;其中，第一工作环境温度与第二工作环境温度不同。
用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持预设值不变时，分别测量光谱灯b的实际工作温度，并得到第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温�？�104。用于设置谱灯型原子频标a的预定工作环境温度和光谱灯b的预定工作温度，并根据测得的谱灯型原子频标a的第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度、以及光谱灯b的第一实际工作温度和第二实际工作温度，计算控温因子的主控�？�105。其中，恒温箱101为可调温度的恒温箱，谱灯型原子频标a和第一测温�？�103设在该恒温箱101内；恒温箱101、温控�？�102、第一测温�？�103和第二测温�？�104分别与主控模块105连接。本发明实施例提供的上述装置带来的有益效果是通过恒温箱控制谱灯型原子频标的工作环境温度；温控�？榭刂乒馄椎频墓ぷ魑露龋坏谝徊馕履？椴饬科椎菩驮悠当甑氖导使ぷ骰肪澄露龋诙馕履？椴饬抗馄椎频氖导使ぷ魑露龋恢骺啬？樯柚闷椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露群凸馄椎频脑ざüぷ魑露龋⒏萜椎菩驮悠当甑氖导使ぷ骰肪澄露群凸馄椎频氖导使ぷ魑露燃扑憧匚乱蜃樱还馄椎频目匚乱蜃幽芄缓饬抗馄椎频奈驴刈爸迷诤阄禄肪诚碌目匚滦阅埽玫纳杓莆驴刈爸眉捌椎菩驮悠当暾�。实施例2参见图2，本发明实施例2提供了一种测量光谱灯控温因子的装置，该装置包括用于控制谱灯型原子频标a的工作环境温度的恒温箱201和用于控制光谱灯b的工作温度的温控�？�202 ;该装置还包括用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持该预设值不变时，分别测量谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并得到第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度的第一测温模块203 ;其中，第一工作环境温度与第二工作环境温度不同。用于当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度为预设值时，以及当谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度且光谱灯b的预定工作温度维持预设值不变时，分别测量光谱灯b的实际工作温度，并得到第一实际工作温度和第二实际工作温度的第二测温�？�204。用于设置谱灯型原子频标a的预定工作环境温度和光谱灯b的预定工作温度，并根据测得的谱灯型原子频标a的第一实际工作环境温度和第二实际工作环境温度、以及光谱灯b的第一实际工作温度和第二实际工作温度，计算控温因子的主控�？�205。其中，恒温箱201为可调温度的恒温箱，谱灯型原子频标a和第一测温�？�203设在该恒温箱201内；恒温箱201、温控模块202、第一测温�？�203和第二测温模块204分别与主控模块205连接。具体地，谱灯型原子频标a，包括内部的光谱灯b及除光谱灯b外的其他组成部件，置于恒温箱201构成的恒温环境中。进一步地，该恒温箱201调节温度的精度大于O. 1°C。恒温箱201的精度越高，则光谱灯控温因子的测量误差就越小。一方面，主控模块205通过命令字设置恒温箱201的预定恒温温度，即谱灯型原子频标a的预定工作环境温度。值得说明的是，恒温箱201的预定恒温温度应考虑原子频标的实际应用环境。另一方面，主控�？�205通过命令字设置温控�？�202需控制的光谱灯b的预定工作温度。其中，参见图3，该温控模块202包括两个对称电阻2021、数字电位计2022、热敏电阻2023、温控芯片2024和电源Ucc。其中，两个对称电阻2021的一端相连，其中一个对称电阻2021的另一端与数字电位计2022的一端连接，另一个对称电阻2021的另一端与热敏电阻2023的一端连接；数字电位计2022的另一端与热敏电阻2023的另一端连接；温控芯片2024的一端连在数字电位计2022和与数字电位计2022相邻的对称电阻2021之间，温控芯片2024的另一端连在热敏电阻2023和与热敏电阻2023相邻的对称电阻2021之间；两个对称电阻2021的连接点A与电源Ucc连接；数字电位计2022与热敏电阻2023的连接点 B 接 GND (Ground,地)。具体地，对称电阻2021、数字电位计2022和热敏电阻2023构成惠斯通电桥。值得说明的是，两个对称电阻2021的选型应满足同一厂商同一批次，应保证两个对称电阻2021尽可能一致，尤其是两个对称电阻2021的温度系数。此外，还应保证对称电阻2021、数字电位计2022和热敏电阻2023的阻值接近。具体地，数字电位计2022的具体阻值反映了光谱灯b的预定工作温度。主控�？�205通过命令字设置温控�？�202需控制的光谱灯b的预定工作温度时，便是通过命令字对数字电位计2022进行赋值。具体地，热敏电阻2023贴于光谱灯b的表面，用以测量光谱灯b的实际工作温度。其中，当热敏电阻2023的阻值与数字电位计2022的阻值不相等时，在连接点A、B处会形成电动势梯度，假设该电动势梯度为Uab。其中，温控芯片2024贴于光谱灯b外表面，用以对光谱灯b实施加热和降温。其加热机制由Uab决定。具体地，当热敏电阻2023的阻值大于数字电位计2022的阻值时，Uab为负，温控芯片2024对光谱灯b进行加热处理；当热敏电阻2023的阻值小于数字电位计2022的阻值时，Uab为正，温控芯片2024对光谱灯b进行降温处理；当热敏电阻2023的阻值等于数字电位计2022的阻值时，Uab为0，光谱灯b的实际工作温度基本与预定工作温度相等。其中，第一测温�？�203设在恒温箱201的内表面，能够实时测量恒温箱201内实际恒温温度，即谱灯型原子频标a的实际工作环境温度，并将测量的实际温度值发送至主控模块205。具体地，第一测温�？�203为热敏电阻，该热敏电阻设在谱灯型原子频标a的壳体上。其中，第二测温�？�204，能够实时测量光谱灯b的实际工作温度，并将测量的实际温度值发送至主控�？�205。具体地，第二测温�？�204为热敏电阻，该热敏电阻贴在光谱灯b的表面。其中，主控�？�205根据第一测温�？�203测量的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度和第二测温模块204测量的光谱灯b的实际工作温度，能够计算出相应的光谱灯b的温控温因子。具体地，假设主控模块205设置了谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第一工作环境温度，并设置了光谱灯b的预定工作温度为预设值。这时，第一测温模块203测出的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度为第一实际工作环境温度IV ;第二测温�？�204测出的光谱灯b的实际工作温度为第一实际工作温度为t/。然后，主控�？�205不改光谱灯b的预定工作温度，改变谱灯型原子频标a的预定工作环境温度为第二工作环境温度。这时，第一测温�？�203测出的谱灯型原子频标a的实际工作环境温度为第二实际温度T2’ ；第二测温模块204测出的光谱灯b的实际工作温度为第二实际温度t2’。则，控温因子为，
权利要求
1.一种测量光谱灯控温因子的装置，所述装置包括用于控制谱灯型原子频标的工作环境温度的恒温箱、以及用于控制所述光谱灯的工作温度的温控�？椋涮卣髟谟冢鲎爸没拱ㄓ糜诘彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任谝还ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任ど柚凳保约暗彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任诙ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任炙鲈ど柚挡槐涫保直鸩饬克銎椎菩驮悠当甑氖导使ぷ骰肪澄露龋⒌玫降谝皇导使ぷ骰肪澄露群偷诙导使ぷ骰肪澄露鹊牡谝徊馕履？椋龅谝还ぷ骰肪澄露扔胨龅诙ぷ骰肪澄露炔煌挥糜诘彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任谝还ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任ど柚凳保约暗彼銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任诙ぷ骰肪澄露惹宜龉馄椎频脑ざüぷ魑露任炙鲈ど柚挡槐涫保直鸩饬克龉馄椎频氖导使ぷ魑露龋⒌玫降谝皇导使ぷ魑露群偷诙导使ぷ魑露鹊牡诙馕履？椋灰约坝糜谏柚盟銎椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露群退龉馄椎频脑ざüぷ魑露龋⒏莶獾玫乃銎椎菩驮悠当甑乃龅谝皇导使ぷ骰肪澄露群退龅诙导使ぷ骰肪澄露�、以及所述光谱灯的所述第一实际工作温度和所述第二实际工作温度，计算所述控温因子的主控�？椋黄渲校龊阄孪湮傻魑露鹊暮阄孪洌銎椎菩驮悠当旰退龅谝徊馕履？樯柙谒龊阄孪淠冢凰龊阄孪洹⑺鑫驴啬？�、所述第一测温�？楹退龅诙馕履？榉直鹩胨鲋骺啬？榱�。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述恒温箱调节温度的精度大于O.1°C。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控�？榘礁龆猿频缱琛⑹值缥患�、热敏电阻、温控芯片和电源；其中，所述两个对称电阻的一端相连，其中一个所述对称电阻的另一端与所述数字电位计的一端连接，另一个所述对称电阻的另一端与所述热敏电阻的一端连接；所述数字电位计的另一端与所述热敏电阻的另一端连接；所述温控芯片的一端连在所述数字电位计和与所述数字电位计相邻的所述对称电阻之间，所述温控芯片的另一端连在所述热敏电阻和与所述热敏电阻相邻的所述对称电阻之间；所述两个对称电阻的连接点与所述电源连接；所述数字电位计与所述热敏电阻的连接点接地。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述第一测温�？槲让舻缱瑁鋈让舻缱枭柙谒鲈又拥目翘迳�。
5.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述第二测温模块为热敏电阻，所述热敏电阻贴在所述光谱灯的表面。
6.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述控温因子为，
7.如权利要求1-3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述主控�？榱拥挠糜谙允炯扑愠龅乃隹匚乱蜃拥南允灸？�。
8.一种测量光谱灯控温因子的方法，其特征在于，所述方法包括当谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第一工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度为预设值时，分别测量所述谱灯型原子频标的实际工作环境温度和所述光谱灯的实际工作温度，得到所述谱灯型原子频标的第一实际工作环境温度和所述光谱灯的第一实际工作温度；当所述谱灯型原子频标的预定工作环境温度为第二工作环境温度且所述光谱灯的预定工作温度维持所述预设值不变时，分别测量所述谱灯型原子频标的实际工作环境温度和所述光谱灯的实际工作温度，得到所述谱灯型原子频标的第二实际工作环境温度和所述光谱灯的第二实际工作温度；根据所述谱灯型原子频标的所述第一实际工作环境温度和所述第二实际工作环境温度、以及所述光谱灯的所述第一实际工作温度和所述第二实际工作温度，计算所述控温因子。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控温因子根据以下公式计算T-T;U-t'l其中，T/为所述第一实际工作环境温度；t/为所述第一实际工作温度；T2’为所述第二实际工作环境温度；t2’为所述第二实际工作温度。
全文摘要
本发明公开了一种测量光谱灯控温因子的装置及方法，属于原子频标领域。装置恒温箱；温控�？椋挥糜诘逼椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任谝还ぷ骰肪澄露惹夜馄椎频脑ざüぷ魑露任ど柚凳保约暗逼椎菩驮悠当甑脑ざüぷ骰肪澄露任诙ぷ骰肪澄露惹夜馄椎频脑ざüぷ魑露任衷ど柚挡槐涫保直鸩饬科椎菩驮悠当甑牡谝皇导使ぷ骰肪澄露群偷诙导使ぷ骰肪澄露鹊牡谝徊馕履？椋谝还ぷ骰肪澄露扔氲诙ぷ骰肪澄露炔煌挥糜诜直鸩饬抗馄椎频牡谝皇导使ぷ魑露群偷诙导使ぷ魑露鹊牡诙馕履？椋挥糜诟莸谝皇导使ぷ骰肪澄露群偷诙导使ぷ骰肪澄露取⒌谝皇导使ぷ魑露群偷诙导使ぷ魑露龋扑憧匚乱蜃拥闹骺啬？�。本装置测量控温因子。
文档编号G01M11/00GK102998090SQ20121050764
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者雷海东 申请人:江汉大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
