專(zhuān)利名稱(chēng)：一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，特別涉及一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法和>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
原子頻標(biāo)作為高穩(wěn)定、高精度的時(shí)間同步源，正被廣泛應(yīng)用于航天、通訊、國(guó)防軍事等眾多領(lǐng)域。這些應(yīng)用領(lǐng)域要求原子頻標(biāo)能夠適應(yīng)各種苛刻的環(huán)境，尤其是工作溫度。因?yàn)?，工作溫度的變化將?huì)引起原子頻標(biāo)內(nèi)部燈溫、腔溫等核心部件工作溫度的變化，造成原子超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷頻率的不穩(wěn)定，最終影響頻率輸出的穩(wěn)定性。實(shí)際上，這些都是原子頻標(biāo)的溫度系數(shù)所帶來(lái)的負(fù)面影響。
為克服溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)穩(wěn)定性所造成的影響，現(xiàn)有技術(shù)通常是將原子頻標(biāo)置入恒溫的環(huán)境中，這樣可以改善外界環(huán)境溫度的變化對(duì)原子頻標(biāo)穩(wěn)定性的影響。
發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題
在野外等惡劣的環(huán)境工作時(shí)，很難甚至不可能提供這樣的恒溫環(huán)境，導(dǎo)致原子頻標(biāo)輸出不穩(wěn)定，受到環(huán)境溫度的影響。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法和裝置。所述技術(shù)方案如下
—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法，所述方法包括
測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度；
比較測(cè)得的所述工作環(huán)境溫度與所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度，所述參考工作溫度為原子頻標(biāo)上電后穩(wěn)定后的環(huán)境溫度；
當(dāng)所述工作環(huán)境溫度不等于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，采用所述工作環(huán)境溫度和所述參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值；
采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
其中，根據(jù)以下公式計(jì)算所述頻率補(bǔ)償值
頻率補(bǔ)償值=溫度系數(shù)*輸出頻率*差值的絕對(duì)值。
進(jìn)一步地，所述采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償，包括
當(dāng)所述工作環(huán)境溫度高于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，將所述輸出頻率數(shù)值減去所述頻率補(bǔ)償值；當(dāng)所述工作環(huán)境溫度低于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，將所述輸出頻率數(shù)值加上所述頻率補(bǔ)償值。
進(jìn)一步地，所述采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償，包括 采用直接數(shù)字式頻率合成器對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
進(jìn)一步地，所述測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度，包括
測(cè)量所述原子頻標(biāo)的外殼內(nèi)壁上的多點(diǎn)的溫度，并計(jì)算所述多點(diǎn)的溫度的平均值，作為所述工作環(huán)境溫度。
另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的裝置，所述裝置包括
測(cè)溫模塊，用于測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度；
處理模塊，用于比較測(cè)得的所述工作環(huán)境溫度與所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度， 當(dāng)所述工作環(huán)境溫度不等于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，采用所述工作環(huán)境溫度和所述參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值；
補(bǔ)償模塊，用于采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
進(jìn)一步地，所述測(cè)溫模塊由若干個(gè)熱敏電阻構(gòu)成，所述熱敏電阻分別貼于所述原子頻標(biāo)外殼內(nèi)壁上。
進(jìn)一步地，所述的補(bǔ)償模塊包括直接數(shù)字式頻率合成器。
進(jìn)一步地，所述的處理模塊包括微處理器。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是
通過(guò)測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度，并根據(jù)工作環(huán)境溫度和參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值，再對(duì)原子頻標(biāo)輸出進(jìn)行補(bǔ)償后輸出給用戶；減小了外界溫度變化對(duì)原子頻標(biāo)輸出的影響，保證上電后原子頻標(biāo)輸出的穩(wěn)定度。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖I是本發(fā)明實(shí)施例一提供的減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的裝置結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的測(cè)溫模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
實(shí)施例一
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法，參見(jiàn)圖1，該方法包括
步驟100 :測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度。
具體地，該步驟包括測(cè)量原子頻標(biāo)的外殼內(nèi)壁上的多點(diǎn)的溫度，并計(jì)算多點(diǎn)的溫度的平均值，作為工作環(huán)境溫度。
在具體實(shí)現(xiàn)中，可以將若干個(gè)熱敏電阻分別貼于原子頻標(biāo)外殼內(nèi)壁上，用于測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的外殼內(nèi)壁溫度。為提高測(cè)量精度，設(shè)計(jì)時(shí)可以盡量使用數(shù)量多的熱敏電阻，計(jì)算時(shí)取其平均值。
以原子頻標(biāo)的殼體為長(zhǎng)方體，采用6片熱敏電阻測(cè)量為例(如圖3所示):分別將這 6片熱敏電阻貼于原子頻標(biāo)結(jié)構(gòu)體外殼的6個(gè)面的內(nèi)壁上。當(dāng)原子頻標(biāo)工作的外殼內(nèi)壁溫度T發(fā)生變化時(shí)，6片熱敏電阻的阻值亦會(huì)發(fā)生變化，取其平均值便可得到相應(yīng)的阻值R，通過(guò)熱敏電阻生產(chǎn)廠商提供的“溫度T-阻值R”特征曲線便可建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，由此獲得溫度數(shù)值，這里不再贅述如何根據(jù)阻值得到溫度。
步驟200 比較測(cè)得的工作環(huán)境溫度與原子頻標(biāo)的參考工作溫度；參考工作溫度為原子頻標(biāo)上電穩(wěn)定后的環(huán)境溫度。
其中，原子頻標(biāo)上電穩(wěn)定一般需要經(jīng)過(guò)3-5個(gè)小時(shí)，穩(wěn)定后通過(guò)貼于原子頻標(biāo)結(jié)構(gòu)體外殼上的熱敏電阻測(cè)得參考工作溫度的值。
若工作環(huán)境溫度與原子頻標(biāo)的參考工作溫度相等，則說(shuō)明外界環(huán)境未對(duì)工作環(huán)境溫度造成影響，不必進(jìn)行補(bǔ)償。
步驟300 :當(dāng)工作環(huán)境溫度不等于原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，采用工作環(huán)境溫度和參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值。
具體地，根據(jù)以下公式計(jì)算頻率補(bǔ)償值
頻率補(bǔ)償值=溫度系數(shù)*輸出頻率*差值的絕對(duì)值。
在本實(shí)施例中，原子頻標(biāo)的溫度系數(shù)是指，原子頻標(biāo)的工作環(huán)境溫度每變化TC 時(shí)，引起的原子頻標(biāo)輸出頻率的變化值與實(shí)際原子頻標(biāo)輸出頻率的比值。
假如，原子頻標(biāo)系統(tǒng)的溫度系數(shù)為+1E_12(已知)，即工作環(huán)境溫度每升高1°C將引起原子頻標(biāo)系統(tǒng)輸出信號(hào)fo頻率穩(wěn)定度發(fā)生+1E-12量級(jí)的變化，即f/fo=+lE-12。那么， 以fo=10MHz為例，差值為1，則€=(+比-5)取=1(^泡，微處理器需要對(duì)作進(jìn)行(-1E-5) Hz=-IO μ Hz 的修正。
步驟400 :采用頻率補(bǔ)償值對(duì)原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
具體地，當(dāng)工作環(huán)境溫度高于原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，將輸出頻率數(shù)值減去頻率補(bǔ)償值；當(dāng)工作環(huán)境溫度低于原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，將輸出頻率數(shù)值加上頻率補(bǔ)償值。
進(jìn)一步地,采用DDS (Direct Digital Synthesizer,直接數(shù)字式頻率合成器)對(duì)原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
下面將以AD9854的DDS芯片為例，說(shuō)明如何采用DDS對(duì)原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
例如，在進(jìn)行頻率補(bǔ)償時(shí)，原子頻標(biāo)輸出的fo=10MHz輸送至DDS的時(shí)基參考端， DDS內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行2倍頻處理，即DDS實(shí)際工作的頻率為20MHz。
微處理器根據(jù)DDS的控制時(shí)序，輸出相應(yīng)的電平信號(hào)作用于DDS使其輸出頻率發(fā)生改變，同時(shí)根據(jù)上述頻率補(bǔ)償值給DDS內(nèi)部的48位頻率寄存器進(jìn)行“0”、“I”填充。在該 48位頻率寄存器中，假如微處理器對(duì)其48位全部置“ I ”，則DDS微處理器的時(shí)序控制信號(hào)下，將輸出20MHz的頻率，同樣的道理，假如微處理器對(duì)其48位全部置“0”，則DDS微處理器的時(shí)序控制信號(hào)下，將輸出OMHz的頻率。
那么，在步驟300中的情況下，原子頻標(biāo)輸出的頻率值為10MHz，原子頻標(biāo)的溫度系數(shù)為+1E-12，溫度檢測(cè)模塊發(fā)送至微處理器的原子頻標(biāo)工作環(huán)境溫度和原子頻標(biāo)參5CN 102931986 A書(shū)明說(shuō)4/4頁(yè)考工作溫度的差值為1，那么此時(shí)微處理器需要對(duì)DDS進(jìn)行負(fù)反饋處理，即對(duì)DDS進(jìn)行 IOMHz-IO μ Hz頻率控制輸出。對(duì)于AD9854而言，當(dāng)不用內(nèi)部鎖相環(huán)時(shí)，它的最小頻率分辨率為ΙΟΜΗζ/248 (4Ε-8)Ηζ。那么，要輸出IOMHz-IO μ Hz的頻率信號(hào)，則相應(yīng)的48位頻率寄存器的值應(yīng)為(10ΜΗζ-10μ Hz)*248/20MHz ^ 140737488355187 (d) =7FFFFFFFFF73 (h) =11 111111111111111111111111111111111111101110011(b)，微處理器在DDS 時(shí)序控制信號(hào)下， 將48位頻率控制字寫(xiě)入DDS中，DDS則相應(yīng)輸出修正后的頻率信號(hào)至用戶端。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度，并根據(jù)工作環(huán)境溫度和參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值，再對(duì)原子頻標(biāo)輸出進(jìn)行補(bǔ)償后輸出給用戶；減小了外界溫度變化對(duì)原子頻標(biāo)輸出的影響，保證上電后原子頻標(biāo)輸出的穩(wěn)定度。
實(shí)施例二
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的裝置，參見(jiàn)圖2，該裝置包括
測(cè)溫模塊2，用于測(cè)量原子頻標(biāo)I工作時(shí)的工作環(huán)境溫度；
處理模塊3，比較測(cè)得的工作環(huán)境溫度與原子頻標(biāo)的參考工作溫度，當(dāng)工作環(huán)境溫度不等于原子頻標(biāo)的參考工作 溫度時(shí)，采用工作環(huán)境溫度和參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值；
補(bǔ)償模塊4，用于采用頻率補(bǔ)償值對(duì)原子頻標(biāo)I的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
其中，參見(jiàn)圖3，測(cè)溫模塊2由若干個(gè)熱敏電阻20構(gòu)成，上述熱敏電阻20分別貼于原子頻標(biāo)I外殼內(nèi)壁上，用于測(cè)量原子頻標(biāo)I工作時(shí)的外殼內(nèi)壁溫度。與之對(duì)應(yīng)的，測(cè)溫模塊2還包括將上述熱敏電阻20測(cè)得的數(shù)值轉(zhuǎn)化為溫度值的功能模塊。
優(yōu)選地，補(bǔ)償模塊4包括DDS，DDS型號(hào)可以為AD9854。
優(yōu)選地，處理模塊3包括微處理器。
值得說(shuō)明的是，上述微處理器3還用于對(duì)原子頻標(biāo)I的傳統(tǒng)控制。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度，并根據(jù)工作環(huán)境溫度和參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值，再對(duì)原子頻標(biāo)輸出進(jìn)行補(bǔ)償后輸出給用戶；減小了外界溫度變化對(duì)原子頻標(biāo)輸出的影響，保證上電后原子頻標(biāo)輸出的穩(wěn)定度。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)硬件來(lái)完成，也可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤(pán)或光盤(pán)等。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法，其特征在于，所述方法包括 測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度； 比較測(cè)得的所述工作環(huán)境溫度與所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度，所述參考工作溫度為原子頻標(biāo)上電穩(wěn)定后的環(huán)境溫度； 當(dāng)所述工作環(huán)境溫度不等于所述參考工作溫度時(shí)，采用所述工作環(huán)境溫度和所述參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值； 采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算所述頻率補(bǔ)償值 頻率補(bǔ)償值=溫度系數(shù)*輸出頻率*差值的絕對(duì)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償，包括 當(dāng)所述工作環(huán)境溫度高于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，將所述輸出頻率數(shù)值減去所述頻率補(bǔ)償值；當(dāng)所述工作環(huán)境溫度低于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，將所述輸出頻率數(shù)值加上所述頻率補(bǔ)償值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償，包括 采用直接數(shù)字式頻率合成器對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度，包括 測(cè)量所述原子頻標(biāo)的外殼內(nèi)壁上的多點(diǎn)的溫度，并計(jì)算所述多點(diǎn)的溫度的平均值，作為所述工作環(huán)境溫度。
6.一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的裝置，其特征在于，所述裝置包括 測(cè)溫模塊(2)，用于測(cè)量原子頻標(biāo)(I)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度； 處理模塊(3)，用于比較測(cè)得的所述工作環(huán)境溫度與所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度，當(dāng)所述工作環(huán)境溫度不等于所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度時(shí)，采用所述工作環(huán)境溫度和所述參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值； 補(bǔ)償模塊(4)，用于采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)(I)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)溫模塊(2)由若干個(gè)熱敏電阻(20)構(gòu)成，所述熱敏電阻分別貼于所述原子頻標(biāo)(I)外殼內(nèi)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的補(bǔ)償模塊(4)包括直接數(shù)字式頻率合成器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的處理模塊(3)包括微處理器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種減小溫度系數(shù)對(duì)原子頻標(biāo)影響的方法和裝置，屬于原子頻標(biāo)領(lǐng)域。所述方法包括測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度；比較測(cè)得的所述工作環(huán)境溫度與所述原子頻標(biāo)的參考工作溫度；采用所述工作環(huán)境溫度和所述參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值；采用所述頻率補(bǔ)償值對(duì)所述原子頻標(biāo)的輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償。所述裝置包括測(cè)溫模塊、處理模塊和補(bǔ)償模塊。本發(fā)明通過(guò)測(cè)量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度，并根據(jù)工作環(huán)境溫度和參考工作溫度的差值計(jì)算頻率補(bǔ)償值，再對(duì)原子頻標(biāo)輸出進(jìn)行補(bǔ)償后輸出給用戶；減小了外界溫度變化對(duì)原子頻標(biāo)輸出的影響，保證上電后原子頻標(biāo)輸出的穩(wěn)定度。
文檔編號(hào)H03L7/26GK102931986SQ20121042399
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者雷海東, 劉勇, 蘭慧, 詹志明 申請(qǐng)人:江漢大學(xué)