氫原子頻標(biāo)退磁裝置及退磁方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氫原子頻標(biāo)退磁裝置及退磁方法，其中，氫原子頻標(biāo)退磁裝置包括：一第一變壓器、一第二變壓器、一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一控制機(jī)構(gòu)，所述第二變壓器與所述第一變壓器串聯(lián)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述第一變壓器，所述控制機(jī)構(gòu)連接所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于設(shè)置一控制方案并根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電流。本發(fā)明的氫原子頻標(biāo)退磁裝置及退磁方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)完成整個(gè)退磁工藝過程，具有輸出頻率可自動(dòng)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性強(qiáng)、精確度高和對(duì)外部連接物理系統(tǒng)電流沖擊小的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
氨原子頻標(biāo)退磁裝置及退磁方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及退磁設(shè)備領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置及退磁方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)氨原子鐘技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件的性能要求也更加嚴(yán)格。其 中氨原子鐘磁屏蔽系統(tǒng)是重要的一環(huán)，它采用坡莫合金制造，對(duì)外界環(huán)境磁場的干擾予W 衰減或屏蔽，減少外界磁場對(duì)原子能級(jí)的擾動(dòng)，使得氨原子鐘的物理系統(tǒng)給出相對(duì)穩(wěn)定的 躍遷信號(hào)。
[0003] 氨原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為滿足我國自主導(dǎo)航應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，其輸出頻率 的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度是用于衡量該產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素。為滿足相應(yīng)的高性能與高可靠性的 需求，因而在生產(chǎn)制作過程中對(duì)精度、工藝等相關(guān)方面的性能要求相比一般產(chǎn)品更高。其 中，因原子頻標(biāo)的工作原理，想得到相對(duì)理想且穩(wěn)定原子躍遷頻率輸出信號(hào)，對(duì)磁場的幅值 與均勻性提出了極高要求，為滿足相應(yīng)要求，我們通常采用高磁導(dǎo)率的磁屏蔽材料用于特 殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立滿足氨原子頻標(biāo)性能需求的特殊磁屏蔽系統(tǒng)。實(shí)際使用之前還需對(duì)其 進(jìn)行一系列的相關(guān)工藝處理，W確保其性能達(dá)到最佳。其中的一項(xiàng)工藝就包括對(duì)磁屏蔽系 統(tǒng)整機(jī)退磁。
[0004] 現(xiàn)有對(duì)于磁性材料退磁的方法大致可分為四種，即交流電退磁通過法、衰減法、直 流電退磁法、加熱法。其中交流電退磁通過法適用于對(duì)中小型工件的批量退磁，將工件放在 裝有軌道和拖板的退磁機(jī)上，線圈通電時(shí)，將工件沿著軌道緩慢的從線圈中通過并遠(yuǎn)離線 圈。對(duì)于不能放在退磁機(jī)上退磁的大型工件，可將線圈套在工件上，通電時(shí)緩慢的將線圈通 過并遠(yuǎn)離工件。衰減法利用了交流電不斷換向的特點(diǎn)，通過自動(dòng)衰減退磁器或調(diào)壓器逐漸 降低電流為零件進(jìn)行退磁。直流電磁化過的工件用直流電退磁，可采用直流換向衰減或超 低頻電流自動(dòng)退磁。而加熱退磁法通過加熱提高工件溫度至居里點(diǎn)W上，是最有效的退磁 方法，但運(yùn)種方法由于條件比較苛刻，不經(jīng)濟(jì)且實(shí)施中受到諸多限制。
[0005] 另外，現(xiàn)有的一種采用衰減法與加熱法結(jié)合的退磁方法:首先將加工好的材料加 熱到居里點(diǎn)進(jìn)行第一次退磁，在裝配完成后再采用衰減法進(jìn)行第二次退磁。第二次退磁過 程簡要原理為在氨原子鐘諧振腔6上外加一個(gè)工頻下的大電流，該電流由一組經(jīng)過處理的 變壓器組產(chǎn)生，此時(shí)諧振腔6相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體，在周圍產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場，該磁場作用到 磁屏蔽系統(tǒng)，利用變壓器的調(diào)節(jié)功能改變輸出電流的幅值，逐漸降低直至為零，退磁結(jié)束。 該過程中調(diào)節(jié)變壓器采用手動(dòng)控制，離散性較大，不同人員在實(shí)施該項(xiàng)工藝過程時(shí)的引入 的誤差不同，并且退磁曲線單一。因此，如何提供一種自動(dòng)的、滿足氨鐘退磁工藝的設(shè)備是 本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。
[0006] 目前，市面上的退磁機(jī)、消磁器，型號(hào)、規(guī)格多種多樣，退磁的對(duì)象、效果有所不同。
[0007] 請(qǐng)參閱圖1，一種現(xiàn)有的退磁裝置包括第一變壓器1和第二變壓器2,其中第一變壓 器1和第二變壓器2串聯(lián)連接，第一變壓器1連接市電，第二變壓2器連接外部諧振腔6,該裝 置通過人工調(diào)節(jié)旋鈕11來調(diào)節(jié)第一變壓器1的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流幅值的調(diào)節(jié)，具有 離散性較大，不同人員在實(shí)施該項(xiàng)工藝過程時(shí)的引入的誤差不同，并且退磁曲線單一的問 題。且現(xiàn)有設(shè)備在系統(tǒng)初始化階段就有電流輸出，被動(dòng)型氨鐘薄弱環(huán)節(jié)將有較大的能量積 累，氨鐘薄弱環(huán)節(jié)將受到較大的電流沖擊。
[0008] 而現(xiàn)有的一種退磁方法，將第一變壓器1和第二變壓器2的輸出輸入竄連，在第二 變壓器2上外繞粗銅導(dǎo)線接入諧振腔6的相應(yīng)連接點(diǎn)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)第一變壓器1的有效線 圈應(yīng)數(shù)將220V市電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)最大電流IOOA左右的退磁電流加至諧振腔6, W相對(duì)均勻的 速率緩慢下降至0A。但運(yùn)種方法通常會(huì)遇到退磁效果不理想的情況，需要反復(fù)，甚至提高相 應(yīng)最高電流值，需要改變電流值得下降速度等。因此需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)相應(yīng)的工藝參數(shù) 進(jìn)行調(diào)整。而氨原子頻標(biāo)對(duì)電流值的控制要求中的最大電流值W及下降速度很苛刻，當(dāng)電 流通過負(fù)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的發(fā)熱，當(dāng)熱量達(dá)到某一值時(shí)會(huì)造成諧振腔6的損壞。另外，原退 磁設(shè)備最先在主動(dòng)型氨原子頻標(biāo)上應(yīng)用，該頻標(biāo)體積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，退磁效果較好。隨著原 子頻標(biāo)領(lǐng)域的逐漸發(fā)展，之后研制出了體積較小的被動(dòng)型氨原子頻標(biāo)，其尺寸和結(jié)構(gòu)與主 動(dòng)型氨鐘相比不盡相同。并且結(jié)構(gòu)較為精細(xì)，需要考慮的細(xì)節(jié)較多，因此被動(dòng)型氨鐘不應(yīng)該 直接沿用主動(dòng)型氨鐘的退磁設(shè)備與方法。被動(dòng)型氨鐘采用主動(dòng)型氨鐘的退磁方法會(huì)產(chǎn)生明 顯的發(fā)熱現(xiàn)象，所W通常適用于主動(dòng)型氨原子頻標(biāo)的退磁工藝很可能不能在被動(dòng)型氨原子 頻標(biāo)上應(yīng)用，甚至?xí)?duì)動(dòng)型氨原子頻標(biāo)造成破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置及退磁方法， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)完成整個(gè)退磁工藝過程，具有輸出頻率可自動(dòng)調(diào)節(jié)、穩(wěn) 定性強(qiáng)、精確度高和對(duì)外部連接物理系統(tǒng)電流沖擊小的優(yōu)點(diǎn)。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置，包括：
[00川一第一變壓器；
[0012] -第二變壓器，所述第二變壓器與所述第一變壓器串聯(lián)；
[0013] -驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述第一變壓器;W及
[0014] -控制機(jī)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)連接所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)外圍輸入的控制參數(shù)設(shè) 置一控制方案并根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電 流。
[0015] 優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括依次傳動(dòng)連接的一步進(jìn)電機(jī)、一行星減速機(jī)和一傳動(dòng) 裝置，所述步進(jìn)電機(jī)連接所述控制機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)裝置與所述第一變壓器的一調(diào)節(jié)旋鈕傳 動(dòng)連接。
[0016] 優(yōu)選地，還包括至少一位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置于所述調(diào)節(jié)旋鈕旁并與 所述控制機(jī)構(gòu)通信連接。
[0017] 優(yōu)選地，所述控制機(jī)構(gòu)包括通信連接的一 PC控制端和一微處理器，所述PC控制端 用于設(shè)置所述控制方案，所述微處理器接收所述控制方案并根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電流。
[0018] 優(yōu)選地，所述控制機(jī)構(gòu)還包括一數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫預(yù)存有復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí) 間的關(guān)系函數(shù)，所述PC控制端與所述數(shù)據(jù)庫通信連接。
[0019] 優(yōu)選地，所述磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)包括公式(1):
[0020] H=Ae_kt (I);
[0021] 其中，H為磁場強(qiáng)度，A為磁場幅值，e為底數(shù)，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間；和/或公式 (2)：
[0022] H=kt (2)；
[0023] 其中，H為磁場強(qiáng)度，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間。
[0024] 優(yōu)選地，還包括一交流接觸開關(guān)，所述交流接觸開關(guān)串聯(lián)于所述第一變壓器和所 述第二變壓器之間；且所述交流接觸開關(guān)連接所述微處理器，所述微處理器還用于根據(jù)所 述控制方案控制所述交流接觸開關(guān)的通斷。
[0025] 本發(fā)明提供一種基于本發(fā)明所述的氨原子頻標(biāo)退磁裝置的退磁方法，包括步驟：
[0026] SI:在所述控制機(jī)構(gòu)的一數(shù)據(jù)庫中預(yù)存復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)；
[0027] S2:通過所述控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電壓至一初始值；
[0028] S3:通過在所述控制機(jī)構(gòu)上輸入所需的控制參數(shù)和調(diào)用所述磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān) 系函數(shù)形成所述控制方案；
[0029] S4:導(dǎo)通所述第一變壓器與所述第二變壓器之間的電路；
[0030] S5:所述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器 的輸出電流并通過所述第二變壓器生成的磁場對(duì)一工件進(jìn)行退磁；
[0031] S6:所述工件退磁完成后，切斷所述第一變壓器與所述第二變壓器之間的通路。
[0032] 優(yōu)選地，所述磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)包括公式(1):
[0033] H=Ae-kt (1)；
[0034] 其中，H為磁場強(qiáng)度，A為磁場幅值，e為底數(shù)，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間；和/或公式 (2)：
[0035] H=kt (2)；
[0036] 其中，H為磁場強(qiáng)度，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間。
[0037] 優(yōu)選地，所述控制參數(shù)包括:脈沖數(shù)和時(shí)間。
[0038] 本發(fā)明由于采用了 W上技術(shù)方案，使其具有W下有益效果：
[0039] 通過控制機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合，實(shí)現(xiàn)了退磁工藝的自動(dòng)控制，消除了人工操作 的引入誤差;在設(shè)置相同參數(shù)的情況下，實(shí)現(xiàn)每次退磁效果相同，使得實(shí)驗(yàn)人員可在本發(fā)明 的氨原子頻標(biāo)退磁裝置上實(shí)驗(yàn)不同函數(shù)關(guān)系對(duì)退磁工藝效果的影響，為優(yōu)化退磁工藝提供 了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；并大幅度簡化了退磁工藝的操作流程。行星減速機(jī)用于增大步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 精度和扭矩。數(shù)據(jù)庫的采用方便PC控制端在形成控制方案時(shí)的數(shù)據(jù)調(diào)用，數(shù)據(jù)庫預(yù)存有復(fù) 數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，使得本發(fā)明的氨原子頻標(biāo)退磁裝置可W制定多種類型的 控制方案，滿足多種不同工藝的需要，并可通過函數(shù)的編輯，實(shí)現(xiàn)工藝控制方案的拓展。交 流接觸開關(guān)用于控制第一變壓器與第二變壓器之間的開斷，當(dāng)設(shè)備在進(jìn)行初始化準(zhǔn)備工作 的時(shí)候，可控制第一變壓器和第二變壓器不會(huì)輸出電流。運(yùn)樣做起到了保護(hù)被動(dòng)型氨鐘薄 弱環(huán)節(jié)的作用，第一減小了薄弱環(huán)節(jié)部分能量的累積，第二消除了薄弱環(huán)節(jié)接受電流沖擊 的階段。位置傳感器用于感應(yīng)第一變壓器旋鈕的當(dāng)前位置。且降低操作人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)，提 高了安全性。
【附圖說明】
[0040]圖I為現(xiàn)有的氨原子頻標(biāo)退磁裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的氨原子頻標(biāo)退磁裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的第二變壓器與諧振腔的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的退磁方法的流程圖；
[0044] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面根據(jù)附圖2-5,給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予W詳細(xì)描述，使能更好地理解 本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。
[0046] 請(qǐng)參閱圖2,本發(fā)明的一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置，包括:一第一變壓器1、一第二變 壓器2、一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3和一控制機(jī)構(gòu)4,其中第一變壓器1通過一交流接觸開關(guān)5與第二變壓器 2串聯(lián)，控制機(jī)構(gòu)4通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3連接第一變壓器1的一調(diào)節(jié)旋鈕11，控制機(jī)構(gòu)4用于設(shè)置一 控制方案并根據(jù)控制方案控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3自動(dòng)調(diào)節(jié)第一變壓器1的輸出電流。第一變壓器1 連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3和市電，控制機(jī)構(gòu)4連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3和交流接觸開關(guān)5,第二變壓器2連接外部 一諧振腔6。
[0047] 通過控制機(jī)構(gòu)4與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的配合，實(shí)現(xiàn)了退磁工藝的自動(dòng)控制，消除了人工操 作的引入誤差;在設(shè)置相同參數(shù)的情況下，實(shí)現(xiàn)每次退磁效果相同，使得實(shí)驗(yàn)人員可在本發(fā) 明的氨原子頻標(biāo)退磁裝置上實(shí)驗(yàn)不同函數(shù)關(guān)系對(duì)退磁工藝效果的影響，為優(yōu)化退磁工藝提 供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；并大幅度簡化了退磁工藝的操作流程。交流接觸開關(guān)5用于控制第一變壓器 1與第二變壓器2之間的開斷，當(dāng)設(shè)備在進(jìn)行初始化準(zhǔn)備工作的時(shí)候，可控制第一變壓器1和 第二變壓器2不會(huì)輸出電流。運(yùn)樣做起到了保護(hù)被動(dòng)型氨鐘薄弱環(huán)節(jié)的作用，第一減小了薄 弱環(huán)節(jié)部分能量的累積，第二消除了薄弱環(huán)節(jié)接受電流沖擊的階段。
[004引請(qǐng)參閱圖3,第二變壓器2的內(nèi)繞阻上饒?jiān)O(shè)有粗銅導(dǎo)線21，粗銅導(dǎo)線21的引出線連 接諧振腔6。
[0049] 再請(qǐng)參見圖2,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括依次傳動(dòng)連接的一步進(jìn)電機(jī)31、一行星減速機(jī)32和 一傳動(dòng)裝置33,步進(jìn)電機(jī)31連接控制機(jī)構(gòu)4,傳動(dòng)裝置33與第一變壓器1的調(diào)節(jié)旋鈕11傳動(dòng) 連接。本實(shí)施例中，第一變壓器1設(shè)置有一支架8,行星減速機(jī)32固定于支架8上通過傳動(dòng)裝 置33連接第一變壓器1的調(diào)節(jié)旋鈕11，調(diào)節(jié)旋鈕11旁設(shè)置有兩位置傳感器7,兩位置傳感器7 分別位于第一變壓器1調(diào)節(jié)旋鈕11的起始電壓零位置和最大電壓位置。本實(shí)施例中，步進(jìn)電 機(jī)31與行星減速機(jī)32首尾相接，并倒立固定在支架8的頂端，步進(jìn)電機(jī)31與行星減速機(jī)32的 組合采用倒立的方式連接傳動(dòng)裝置33簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，并且使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。第一變壓 器1的調(diào)節(jié)旋鈕11與行星減速機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。行星減速機(jī)32的減速比為1:16,行星減速 機(jī)32用于增大步進(jìn)電機(jī)31的轉(zhuǎn)動(dòng)精度和扭矩。
[0050] 控制機(jī)構(gòu)4包括依次通信連接的一微處理器41、一 PC控制端42和一數(shù)據(jù)庫43，PC控 制端42用于設(shè)置控制方案，數(shù)據(jù)庫43為PC控制端42在設(shè)置控制方案時(shí)提供預(yù)存數(shù)據(jù)的調(diào) 用，微處理器41接收控制方案并根據(jù)控制方案控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3自動(dòng)調(diào)節(jié)第一變壓器1的輸出 電流，位置傳感器7固定于支架8上并與微處理器41通信連接。
[0051] 數(shù)據(jù)庫43預(yù)存有復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，本實(shí)施例中，磁場強(qiáng)度與時(shí) 間的關(guān)系函數(shù)包括公式(1)和公式(2);公式(1):
[0052] H=Ae-kt (1)；
[0053] 其中，H為磁場強(qiáng)度，A為磁場幅值，e為底數(shù)，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間；本實(shí)施例 中，A取1，k取0.1，退磁過程持續(xù)時(shí)間t有30s和60s可選，各參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。
[0054] 公式（2):
[0055] H=kt (2)；
[0056] 其中，H為磁場強(qiáng)度，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間，公式(2)為正比例函數(shù)，磁場強(qiáng)度按 照時(shí)間關(guān)系等幅遞減，即可W單獨(dú)使用，也可W作為其余函數(shù)的分段函數(shù)使用。
[0057] 由于步進(jìn)電機(jī)31角速度CO與電流I與磁場強(qiáng)度H在空氣中具有正相關(guān)性，因此通過 步進(jìn)電機(jī)31按照該磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)的曲線關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)，可輸出按照該曲線關(guān)系變 化的磁場。
[0058] 數(shù)據(jù)庫43預(yù)存有復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，使得本發(fā)明的氨原子頻標(biāo)退 磁裝置可W制定多種類型的控制方案，滿足多種不同工藝的需要，并可通過函數(shù)的編輯，實(shí) 現(xiàn)工藝控制方案的拓展。用戶可簡單的將其所需要實(shí)驗(yàn)的磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)曲線 所需參數(shù)添加進(jìn)數(shù)據(jù)庫43中，并在PC控制端42中實(shí)現(xiàn)調(diào)用。
[0059] 本發(fā)明的一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置，控制機(jī)構(gòu)4采用串口通信，接線完成后，用戶 在使用本發(fā)明時(shí)，首先需要在PC控制器上配置串口，即選擇串口號(hào)，可將其波特率設(shè)置為 115200,配置校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位W及停止位后，參數(shù)配置完成，打開串口，PC控制端42與微處理 器41建立連接，等待數(shù)據(jù)傳輸。
[0060] 如果要更換其他實(shí)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系，PC控制端42可通過串口將從數(shù)據(jù)庫43內(nèi)讀取的數(shù) 據(jù)發(fā)送給微處理器41，而不需要再修改微處理器41的程序。初始化參數(shù)和啟動(dòng)設(shè)備，在PC控 制端42即可完成。
[0061] 本發(fā)明的一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置，最終可W輸出一個(gè)按工頻變化的大電流，并 將該電流接到諧振腔6上，此時(shí)諧振腔6可看作為一個(gè)導(dǎo)體，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生磁場，該磁場 隨著交流電流的變化而變化，作用于諧振腔6的磁屏蔽系統(tǒng)上，進(jìn)行退磁工藝過程。
[0062] 本發(fā)明的一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置，可W根據(jù)實(shí)際情況同時(shí)滿足不同的實(shí)驗(yàn)需 求，可對(duì)多種不同的工藝過程實(shí)施可靠控制，具有操作簡單、能實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)編輯、并能控 制電流按預(yù)設(shè)的相應(yīng)函數(shù)曲線完成各種氨原子頻標(biāo)磁屏蔽系統(tǒng)的退磁，且誤差可控。與現(xiàn) 有設(shè)備相比，本發(fā)明的一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置采用自動(dòng)控制，原有工藝過程中，手動(dòng)完成 的部分，現(xiàn)均采用自動(dòng)控制，操作人員只需在控制端設(shè)定相關(guān)參數(shù)即可。消除了人為操作的 引入誤差;相同參數(shù)的設(shè)置下，每次退磁的效果相同，即相當(dāng)提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)人 員可在本發(fā)明的一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置上實(shí)驗(yàn)不同函數(shù)關(guān)系對(duì)退磁工藝效果的影響;并 能夠去除了原有設(shè)備需退磁先充磁的流程，直接從開始就進(jìn)行退磁。
[0063] 本發(fā)明一種氨原子頻標(biāo)退磁裝置具有安全設(shè)計(jì)，為防止第一變壓器1和第二變壓 器2產(chǎn)生的電流意外地傳入到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3,進(jìn)而影響到控制機(jī)構(gòu)4,支架8連接第一變壓器1和 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的部分均采用絕緣連接。為防止驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3將調(diào)節(jié)旋鈕11的角度轉(zhuǎn)動(dòng)過大，造成 第一變壓器1產(chǎn)生過大電流損壞到氨鐘物理系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)旋鈕11的最大電壓角度位置放置 了到位置傳感器7用來控制第一變壓器1調(diào)節(jié)旋鈕11轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍，并在第一變壓器1和第二 變壓器2之間設(shè)置了交流接觸開關(guān)5用來控制電流的開斷，即當(dāng)交流接觸開關(guān)5斷開時(shí)，即使 第一變壓器1發(fā)生過轉(zhuǎn)，也不會(huì)損害到氨鐘物理系統(tǒng)。
[0064] 請(qǐng)參閱圖2,圖4,本發(fā)明的一種基于本發(fā)明氨原子頻標(biāo)退磁裝置的退磁方法，包括 步驟：
[0065] Sl:在控制機(jī)構(gòu)4的一數(shù)據(jù)庫43中預(yù)存復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)；
[0066] S2:通過控制機(jī)構(gòu)4調(diào)節(jié)第一變壓器1的輸出電壓至一初始值；
[0067] S3:通過在控制機(jī)構(gòu)4上輸入所需的控制參數(shù)和調(diào)用磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù) 形成控制方案;本實(shí)施例中，控制參數(shù)包括:脈沖數(shù)和時(shí)間。
[0068] S4:導(dǎo)通第一變壓器1與第二變壓器2之間的電路；
[0069] S5:控制機(jī)構(gòu)4根據(jù)控制方案控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3自動(dòng)調(diào)節(jié)第一變壓器1的輸出電流并 通過第二變壓器2生成的磁場對(duì)一工件進(jìn)行退磁；
[0070] S6:工件退磁完成后，切斷第一變壓器1與第二變壓器2之間的通路。
[0071] 例如:首先接通電源，然后點(diǎn)擊控制機(jī)構(gòu)4的微處理器41上的啟動(dòng)按鈕，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3 的步進(jìn)電機(jī)31通過傳動(dòng)帶動(dòng)第一變壓器1的調(diào)節(jié)旋鈕11轉(zhuǎn)動(dòng)到初始位置，本實(shí)施例中，初始 位置為第一變壓器1的最大輸出電壓位置，本實(shí)施例中最大輸出電壓設(shè)置為125V。到達(dá)指定 位置后由位置傳感器7檢測(cè)到，步進(jìn)電機(jī)31轉(zhuǎn)動(dòng)停止，等待PC控制端42發(fā)出命令。接著，在PC 控制端42進(jìn)行相應(yīng)初始化設(shè)置，選擇磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)、退磁過程持續(xù)時(shí)間等，設(shè) 置好后，將相應(yīng)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫43中調(diào)出，經(jīng)由PC控制端42,通過串口發(fā)送到微處理器41。啟 動(dòng)退磁操作，第一變壓器1與第二變壓器2之間的交流接觸開關(guān)5吸合導(dǎo)通，電流從第一變壓 器1流到第二變壓器2,第二變壓器2繞組內(nèi)產(chǎn)生交變的磁場，繞制在第二變壓器2繞組上的 粗銅導(dǎo)線21內(nèi)產(chǎn)生交變的電流，作用到氨鐘物理系統(tǒng)上，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)31開始轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出的 電流幅值按照退磁需要逐漸減小，完成退磁工藝。之后，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)31帶動(dòng)第一變壓器1的 調(diào)節(jié)旋鈕11到達(dá)初始位置后，由位置傳感器7檢測(cè)到，步進(jìn)電機(jī)31立刻停止運(yùn)轉(zhuǎn)，交流接觸 開關(guān)5斷開，退磁過程結(jié)束。
[0072] 請(qǐng)參閱圖5,在磁屏蔽退磁過程中，實(shí)際所加電流的最小值與最大值應(yīng)滿足幾個(gè)要 求，從控制系統(tǒng)中輸出電流經(jīng)過諧振腔6后流回控制系統(tǒng)，此時(shí)把諧振腔6看作一個(gè)導(dǎo)體，導(dǎo) 體上的電流產(chǎn)生磁場作用于諧振腔6的內(nèi)層磁屏蔽，然后經(jīng)過內(nèi)層磁屏蔽的衰減作用于諧 振腔6的中層磁屏蔽，再經(jīng)過中層磁屏蔽衰減作用到諧振腔6的最外層磁屏蔽。所W為了使 得=層磁屏蔽同時(shí)達(dá)到退磁效果，所加電流下限應(yīng)足夠使得磁場經(jīng)過了兩層衰減后，能夠 使得最外層磁屏蔽達(dá)到退磁效果。也就是說能使最外層磁屏蔽達(dá)到飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，該電 流即電流的最小值。在氨原子頻標(biāo)系統(tǒng)中，諧振腔6下方有一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)采用焊接 連接，在高溫下達(dá)到其烙點(diǎn)會(huì)發(fā)生損壞，其對(duì)應(yīng)電流的最大值。
[0073] 請(qǐng)參閱圖2,圖4,本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的步進(jìn)電機(jī)31按照控制方案轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 方法為:先確定總的退磁工藝所需要的時(shí)間T總和磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)的曲線與X軸、 y軸圍成的面積S總，將該時(shí)間與面積分成若干等分Ti、T2、T3……；Si、S2、S3……。再確定步進(jìn) 電機(jī)31轉(zhuǎn)到一定角度后所需的脈沖數(shù)P總，由公式
可計(jì)算出每一段時(shí)間Tn所對(duì)應(yīng)的 脈沖數(shù)Pn,胃即每一段時(shí)間內(nèi)，相鄰兩個(gè)脈沖之間的間隔Interval。。最后將每段時(shí)間所對(duì) 應(yīng)的Interval。與Pn, W及對(duì)應(yīng)的一些參數(shù)(包括函數(shù)類型編號(hào)，T總等)存入到數(shù)據(jù)庫43內(nèi)，W 便調(diào)用。
[0074] W上記載的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用W限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上 述實(shí)施例還可W做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的 簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，包括： 一第一變壓器； 一第二變壓器，所述第二變壓器與所述第一變壓器串聯(lián)； 一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述第一變壓器；以及 一控制機(jī)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)連接所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)外圍輸入的控制參數(shù)設(shè)置一 控制方案并根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括依次傳 動(dòng)連接的一步進(jìn)電機(jī)、一行星減速機(jī)和一傳動(dòng)裝置，所述步進(jìn)電機(jī)連接所述控制機(jī)構(gòu)，所述 傳動(dòng)裝置與所述第一變壓器的一調(diào)節(jié)旋鈕傳動(dòng)連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，還包括至少一位置傳感 器，所述位置傳感器設(shè)置于所述調(diào)節(jié)旋鈕旁并與所述控制機(jī)構(gòu)通信連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)包括通信連 接的一 PC控制端和一微處理器，所述PC控制端用于設(shè)置所述控制方案，所述微處理器接收 所述控制方案并根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電 流。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)還包括一數(shù) 據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫預(yù)存有復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，所述PC控制端與所述數(shù)據(jù)庫 通信連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，所述磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān) 系函數(shù)包括公式(1): H=Ae-kt (1)； 其中，Η為磁場強(qiáng)度，A為磁場幅值，e為底數(shù)，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間;和/或公式(2): H=kt ⑵； 其中，Η為磁場強(qiáng)度，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置，其特征在于，還包括一交流接觸開關(guān)， 所述交流接觸開關(guān)串聯(lián)于所述第一變壓器和所述第二變壓器之間;且所述交流接觸開關(guān)連 接所述微處理器，所述微處理器還用于根據(jù)所述控制方案控制所述交流接觸開關(guān)的通斷。8. -種基于權(quán)利要求1所述的氫原子頻標(biāo)退磁裝置的退磁方法，包括步驟： S1:在所述控制機(jī)構(gòu)的一數(shù)據(jù)庫中預(yù)存復(fù)數(shù)個(gè)磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)； S2:通過所述控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸出電壓至一初始值； S3:通過在所述控制機(jī)構(gòu)上輸入所需的控制參數(shù)和調(diào)用所述磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函 數(shù)形成所述控制方案； S4:導(dǎo)通所述第一變壓器與所述第二變壓器之間的電路； S5:所述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)所述控制方案控制所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一變壓器的輸 出電流并通過所述第二變壓器生成的磁場對(duì)一工件進(jìn)行退磁； S6:所述工件退磁完成后，切斷所述第一變壓器與所述第二變壓器之間的通路。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的退磁方法，其特征在于，所述磁場強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)包括 公式(1): H=Ae-kt (1)； 其中，Η為磁場強(qiáng)度，A為磁場幅值，e為底數(shù)，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間;和/或公式(2): H=kt ⑵； 其中，Η為磁場強(qiáng)度，k為自然數(shù)系數(shù)，t為時(shí)間。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的退磁方法，其特征在于，所述控制參數(shù)包括:脈沖數(shù)和時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H01F13/00GK105938752SQ201610519583
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】冷如冰, 戴家瑜, 劉鐵新, 李錫瑞, 王瑞
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海天文臺(tái), 上海大學(xué)