專利名稱：改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)領(lǐng)域，更具體地涉及一種改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈直O(jiān)
背景技術(shù)：
原子頻標(biāo)是提供標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間的設(shè)備。銣原子頻標(biāo)因其具有體積小、低功耗和較好的抗惡劣環(huán)境的能力，而成為應(yīng)用最廣泛的一種原子頻標(biāo)。它同時(shí)具有較好的指標(biāo)，能滿足絕大多數(shù)軍用和民用工程的需要，具體可用于預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)機(jī)、電子對(duì)抗、第三代移動(dòng)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和電力監(jiān)控等工程領(lǐng)域。
在銣原子頻標(biāo)中，產(chǎn)生抽運(yùn)光的光譜燈是原子頻標(biāo)的關(guān)鍵部件。光譜燈的光強(qiáng)和光譜輪廓決定了原子頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度，而光譜燈產(chǎn)生的抽運(yùn)光的本底噪聲決定了系統(tǒng)的信噪比，因而光譜燈的性能對(duì)原子頻標(biāo)的短期和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度有著直接的影響。
通常，光譜燈裝置包括內(nèi)部充有金屬銣和起輝氣體的光譜燈、激勵(lì)光譜燈產(chǎn)生抽運(yùn)光的射頻振蕩電路、罩在光譜燈上的恒溫套以及用于控制恒溫套使光譜燈保持恒溫的恒溫控制電路。一般，起輝氣體為激發(fā)電位低、化學(xué)性質(zhì)不活潑的惰性氣體，例如氬氣和氪氣。
現(xiàn)有的射頻振蕩電路是一個(gè)克拉潑振蕩電路。該電路中的晶體管受環(huán)境溫度的影響很大，隨著環(huán)境溫度的升高，晶體管中集電極電流會(huì)增大，從而導(dǎo)致激勵(lì)功率增大，進(jìn)而導(dǎo)致光譜燈的光強(qiáng)增大，反之，則減小。而光譜燈的光強(qiáng)與銣原子頻標(biāo)的原子躍遷頻率的移動(dòng)即光頻移成正比，因而，當(dāng)光強(qiáng)增大時(shí)，銣原子頻標(biāo)的光頻移越大，從而影響了原子頻標(biāo)的輸出頻率穩(wěn)定度。由于現(xiàn)有的射頻振蕩電路不能進(jìn)行溫度補(bǔ)償以減小光頻移，因而會(huì)影響銣原子頻標(biāo)的輸出頻率穩(wěn)定度。
因此，有必要提供一種改進(jìn)的銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置來(lái)克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，可減小環(huán)境溫度的變化對(duì)光譜燈輸出光強(qiáng)的影響，從而提高銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，光譜燈、激勵(lì)所述光譜燈產(chǎn)生抽運(yùn)光的射頻振蕩電路、罩在所述光譜燈上的恒溫套以及用于控制所述恒溫套使所述光譜燈保持恒溫的恒溫控制電路，所述射頻振蕩電路包括依次連接的濾波電路、放大電路以及振蕩選頻電路，所述放大電路包括連接在所述濾波電路和所述振蕩選頻電路之間的晶體管和第一偏置電阻，所述第一偏置電阻的一端與所述晶體管的集電極連接、另一端與所述晶體管的基極連接。且改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置還包括用于減小所述晶體管集電極電流隨溫度的變化的溫度補(bǔ)償電路和反饋電阻，所述溫度補(bǔ)償電路的一端與所述第一偏置電阻連接，另一端與所述晶體管基極的連接點(diǎn)與所述射頻振蕩電路的輸入端連接，所述反饋電阻與所述晶體管的發(fā)射極串聯(lián)，且所述晶體管和所述溫度補(bǔ)償電路位于同一溫區(qū)。
優(yōu)選地，所述溫度補(bǔ)償電路包括第一電感、第二偏置電阻、二極管和第一電容，所述第一電感串聯(lián)在所述第一偏置電阻和所述晶體管的基極之間，所述晶體管基極與所述第一電感的連接點(diǎn)與所述振蕩選頻電路的輸入端連接，所述第二偏置電阻的一端連接在所述第一偏置電阻和所述第一電感之間、另一端通過(guò)所述二極管接地，所述第一電容的一端連接在所述第一偏置電阻和所述第二偏置電阻之間、另一端接地，所述二極管和所述晶體管位于同一溫區(qū)。
優(yōu)選地，所述振蕩選頻電路包括反饋電容、第二電容、激勵(lì)線圈、第三電容以及第二電感，所述反饋電容連接在所述晶體管的發(fā)射極和基極之間，所述第二電感的一端通過(guò)所述反饋電阻與所述反饋電容連接、且另一端接地，所述第二電容和所述激勵(lì)線圈依次與所述反饋電容的另一端相連并通過(guò)所述第三電容接地，所述光譜燈設(shè)于所述激勵(lì)線圈中。
優(yōu)選地，所述反饋電阻為精密電阻。當(dāng)采用溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償后，所述晶體管輸出的激勵(lì)電流的變化會(huì)呈現(xiàn)小的負(fù)溫度系數(shù)，從而造成補(bǔ)償過(guò)度，通過(guò)調(diào)整所述反饋電阻的大小可解決補(bǔ)償過(guò)度的問(wèn)題。
優(yōu)選地，所述晶體管緊貼在所述恒溫套上。由于所述射頻振蕩電路采用的是大功率晶體管，大功率晶體管會(huì)因集電極耗散而產(chǎn)生熱量，當(dāng)將大功率晶體管管緊貼在所述恒溫套上，可充分利用大功率晶體管產(chǎn)生的余熱來(lái)加熱所述光譜燈。
優(yōu)選地，所述光譜燈包括泡頂、泡身和泡尾，所述泡頂為圓形藍(lán)寶石平板，所述泡身為圓柱形藍(lán)寶石玻璃管，所述泡尾為錐形堿金屬玻璃管，且所述泡頂與所述泡身之間以及所述泡身和所述泡尾之間均通過(guò)堿金屬玻璃粘接。由于藍(lán)寶石的相變溫度很窄，在該溫度點(diǎn)它很快從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，因而不易制作成光譜燈，而采用普通堿金屬玻璃分別粘接泡頂和泡身以及泡身和泡尾的這種方式，可容易制作出光譜燈，且成本低。
優(yōu)選地，改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置還包括屏蔽筒，所述屏蔽筒罩在所述激勵(lì)線圈外。采用所述屏蔽筒不僅可防止外界射頻的干擾，而且可防止激勵(lì)射頻泄露，從而通過(guò)渦流效應(yīng)加熱達(dá)到節(jié)能的目的。
優(yōu)選地，改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置還包括中性濾光片，所述中性濾光片設(shè)于所述光譜燈的前方。所述中性濾光片可保證即不大范圍的改變光譜燈的光強(qiáng)又不改變光譜燈的溫度的情況下，將光譜燈發(fā)出的光衰減到所需的光強(qiáng)，從而減小銣原子頻標(biāo)的光頻移， 進(jìn)而提高銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。
優(yōu)選地，改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置還包括凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)于所述中性濾光片的前方。由于凸透鏡可增加透過(guò)的光，因而，可提高光的利用率。
優(yōu)選地，所述激勵(lì)線圈由單根粗導(dǎo)線單層密繞而成?？衫斫獾兀@樣的繞制方式可減小損耗。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面，溫度補(bǔ)償電路可使晶體管的激勵(lì)電流隨環(huán)境溫度的變化明顯減小，從而減小了環(huán)境溫度的變化對(duì)光譜燈輸出光強(qiáng)的影響，進(jìn)而提高了銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。另一方面，通過(guò)在晶體管的發(fā)射極串接一個(gè)反饋電阻，從而構(gòu)成一個(gè)電流負(fù)反饋偏置穩(wěn)定電路，當(dāng)晶體管集電極和發(fā)射極的電流增大時(shí)，由于反饋電阻的存在， 晶體管發(fā)射極電壓增加，晶體管集電極和晶體管發(fā)射極間的電壓變小，從而使晶體管基極電流減小，晶體管集電極和發(fā)射極的電流也減小，因而反饋電阻可穩(wěn)定晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而使銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置的工作狀態(tài)更穩(wěn)定，進(jìn)而提高了銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。
通過(guò)以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1為本發(fā)明改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1所示改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置的射頻振蕩電路的詳細(xì)電路圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號(hào)代表類似的元件。
如圖1所示，本實(shí)施例改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置包括光譜燈、激勵(lì)所述光譜燈產(chǎn)生抽運(yùn)光的射頻振蕩電路11、罩在所述光譜燈外的恒溫套12、用于控制所述恒溫套12 使所述光譜燈保持恒溫的恒溫控制電路13、屏蔽筒罩14、設(shè)于所述光譜燈前方的中性濾光片15以及設(shè)于所述中性濾光片15的前方的凸透鏡16。所述光譜燈發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述中性濾光片15和所述凸透鏡16后由腔泡系統(tǒng)20接收。較佳地，所述中性濾光片14為透明塑料，透明塑料比較薄因而能夠方便地置入本發(fā)明的銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置中，且由于單片的透明塑料對(duì)光的衰減率比較小，因而可對(duì)光進(jìn)行比較精細(xì)的調(diào)節(jié)。另外，由于凸透鏡15可增加透過(guò)的光，因而，可提高光的利用率。
所述光譜燈包括泡頂101、泡身102和泡尾103，所述泡頂101為圓形藍(lán)寶石平板， 所述泡身102為圓柱形藍(lán)寶石玻璃管102，所述泡尾103為錐形堿金屬玻璃管，且所述泡頂 101與所述泡身102之間以及所述泡身102和所述泡尾103之間均通過(guò)堿金屬玻璃粘接。
如圖2所示，所述射頻振蕩電路11包括依次連接的濾波電路111、放大電路112、 振蕩選頻電路113、溫度補(bǔ)償電路114以及反饋電阻R3。
所述濾波電路111為濾波電容Cl，所述濾波電容Cl的兩端分別與電源Ucc和地連接。所述放大電路112包括連接在所述濾波電路111和所述振蕩選頻電路113之間的晶體管Ql和第一偏置電阻R1，所述第一偏置電阻Rl的一端與所述晶體管Ql的集電極連接、 另一端與所述晶體管Ql的基極連接。所述晶體管Ql緊貼在所述恒溫套12上，所述光譜燈 10可充分利用所述晶體管Ql產(chǎn)生的余熱加熱，因而可節(jié)能。
所述振蕩選頻電路113包括反饋電容C2、第二電容C3、激勵(lì)線圈L2、第三電容C4 以及第二電感Li，所述反饋電容C2連接在所述晶體管Ql的發(fā)射極和基極之間，所述第二電感Ll的一端通過(guò)所述反饋電阻R3與所述反饋電容C2連接、且另一端接地，所述第二電容 C3和所述激勵(lì)線圈L2依次與所述反饋電容C2的另一端相連并通過(guò)所述第三電容C4接地。 所述激勵(lì)線圈L2由單根粗導(dǎo)線單層密繞而成，所述光譜燈10設(shè)于所述激勵(lì)線圈L2中，所述屏蔽筒14罩在所述激勵(lì)線圈L2外?？衫斫獾?，按照單根導(dǎo)線單層密繞方式繞制而成的所述激勵(lì)線圈L2損耗比較小。而所述屏蔽筒14不僅可以防止外界射頻的干擾，而且可防止激勵(lì)射頻泄露，從而通過(guò)渦流效應(yīng)加熱達(dá)到節(jié)能的目的。
所述溫度補(bǔ)償電路114包括第一電感L3、第二偏置電阻R2、二極管Dl和第一電容 C5。所述第一電感L3串聯(lián)在所述第一偏置電阻Rl和所述晶體管Ql的基極之間，所述晶體管Ql基極與所述第一電感L3的連接點(diǎn)與所述振蕩選頻電路113的輸入端連接，所述第二偏置電阻R2的一端連接在所述第一偏置電阻Rl和所述第一電感L3之間、另一端通過(guò)所述二極管Dl接地，所述第一電容C5的一端連接在所述第一偏置電阻Rl和所述第二偏置電阻 R2之間、另一端接地。且所述晶體管Ql和所述二極管Dl位于同一溫區(qū)。
所述晶體管Ql的發(fā)射極和所述反饋電容C2的連接點(diǎn)與所述反饋電阻R3的一端連接，所述反饋電阻R3的另一端與所述第二電感Ll連接。所述反饋電阻R3為精密電阻， 通過(guò)調(diào)整所述反饋電阻R3的阻值可解決補(bǔ)償過(guò)度的問(wèn)題。且通過(guò)所述光譜燈10的控溫效果可判斷所述反饋電阻R3的補(bǔ)償效果。
由上述技術(shù)方案可知，一方面，晶體管Ql基極的下偏置電路中串聯(lián)了一個(gè)與晶體管Ql位于同一溫區(qū)的二極管D1，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，晶體管Ql的集極電流即激勵(lì)電流增大，從而導(dǎo)致晶體管Ql的激勵(lì)功率增大，而二極管Dl的正向壓降卻隨著溫度的升高而減小，因而二極管Dl的輸出電流也變小，這樣可平衡晶體管Ql的激勵(lì)電流，從而使晶體管Ql 的激勵(lì)電流隨環(huán)境溫度的變化明顯減小，進(jìn)而減小了環(huán)境溫度的變化對(duì)光譜燈10輸出光強(qiáng)的影響，最終提高了銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。另一方面，通過(guò)在晶體管Ql的發(fā)射極串接一個(gè)反饋電阻R3，從而構(gòu)成一個(gè)電流負(fù)反饋偏置穩(wěn)定電路，當(dāng)晶體管Ql集電極和發(fā)射極的電流增大時(shí)，由于反饋電阻R3的存在，晶體管Ql發(fā)射極電壓增加，晶體管Ql集電極和晶體管Ql發(fā)射極間的電壓變小，從而使晶體管Ql基極電流減小，晶體管Ql集電極和發(fā)射極的電流也減小，因而反饋電阻R3可穩(wěn)定晶體管Ql的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而使銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置的工作狀態(tài)更穩(wěn)定，進(jìn)而提高了銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置包括光譜燈、激勵(lì)所述光譜燈產(chǎn)生抽運(yùn)光的射頻振蕩電路、罩在所述光譜燈上的恒溫套以及用于控制所述恒溫套使所述光譜燈保持恒溫的恒溫控制電路，所述射頻振蕩電路包括依次連接的濾波電路、放大電路以及振蕩選頻電路， 所述放大電路包括晶體管和第一偏置電阻，所述第一偏置電阻連接在所述晶體管的集電極和基極之間，其特征在于，還包括用于減小所述晶體管集電極電流隨溫度的變化的溫度補(bǔ)償電路和反饋電阻，所述溫度補(bǔ)償電路的一端與所述第一偏置電阻連接、另一端與所述晶體管基極的連接點(diǎn)與所述射頻振蕩電路的輸入端連接，所述反饋電阻與所述晶體管的發(fā)射極串聯(lián)，且所述晶體管和所述溫度補(bǔ)償電路位于同一溫區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償電路包括第一電感、第二偏置電阻、二極管和第一電容，所述第一電感串聯(lián)在所述第一偏置電阻和所述晶體管的基極之間，所述晶體管基極與所述第一電感的連接點(diǎn)與所述振蕩選頻電路的輸入端連接，所述第二偏置電阻的一端連接在所述第一偏置電阻和所述第一電感之間、另一端通過(guò)所述二極管接地，所述第一電容的一端連接在所述第一偏置電阻和所述第二偏置電阻之間、另一端接地，所述二極管和所述晶體管位于同一溫區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，所述振蕩選頻電路包括反饋電容、第二電容、激勵(lì)線圈、第三電容以及第二電感，所述反饋電容連接在所述晶體管的發(fā)射極和基極之間，所述第二電感的一端通過(guò)所述反饋電阻與所述反饋電容連接、且另一端接地，所述第二電容和所述激勵(lì)線圈依次與所述反饋電容的另一端相連并通過(guò)所述第三電容接地，所述光譜燈設(shè)于所述激勵(lì)線圈中。
4.如權(quán)利要求3所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，所述反饋電阻為精密電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，所述晶體管緊貼在所述恒溫套上。
6.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，所述光譜燈包括泡頂、泡身和泡尾，所述泡頂為圓形藍(lán)寶石平板，所述泡身為圓柱形藍(lán)寶石玻璃管，所述泡尾為錐形堿金屬玻璃管，且所述泡頂與所述泡身之間以及所述泡身和所述泡尾之間均通過(guò)堿金屬玻璃粘接。
7.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，還包括屏蔽筒，所述屏蔽筒罩在所述激勵(lì)線圈外。
8.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，還包括中性濾光片，所述中性濾光片設(shè)于所述光譜燈的前方。
9.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，還包括凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)于所述中性濾光片的前方。
10.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，其特征在于，所述激勵(lì)線圈由單根粗導(dǎo)線單層密繞而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)型銣原子頻標(biāo)光譜燈裝置，包括光譜燈、射頻振蕩電路、恒溫套和恒溫控制電路，射頻振蕩電路包括依次連接的濾波電路、放大電路、振蕩選頻電路、溫度補(bǔ)償電路和反饋電阻，放大電路包括晶體管和第一偏置電阻，第一偏置電阻的兩端分別連接晶體管集電極和晶體管基極，溫度補(bǔ)償電路用于減小晶體管集電極電流隨溫度的變化，且溫度補(bǔ)償電路的一端與第一偏置電阻連接，另一端與晶體管基極的連接點(diǎn)與射頻振蕩電路的輸入端連接，反饋電阻與晶體管的發(fā)射極串聯(lián)，且晶體管和溫度補(bǔ)償電路位于同一溫區(qū)。本發(fā)明的光譜燈裝置可提高銣原子頻標(biāo)輸出頻率穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H05B41/36GK102186298SQ201110041669
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者雷海東, 管樺, 管妮娜, 盛榮武 申請(qǐng)人:江漢大學(xué)