原子頻標(biāo)伺服控制方法及原子頻標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，特別涉及一種原子頻標(biāo)伺服控制方法及原子頻標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]為獲得大自然中比較穩(wěn)定的時間頻率，人們通過對銣、銫、氫等原子施加弱磁場，使其原子能級由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，利用不受外界磁場干擾的基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍迀中心頻率作為參照時間頻率值。
[0003]在原子頻標(biāo)中，壓控晶振輸出的探測信號經(jīng)過綜合模塊處理得到微波探詢信號，微波探詢信號包括fl、f2兩個邊帶;物理系統(tǒng)對微波探詢信號進(jìn)行鑒頻，將會得到兩個鑒頻信號V1、V2，如果VI等于V2，說明fl、f2恰好處于原子譜線中心頻率fo左右兩側(cè)且正好對稱，此時微波探詢信號對準(zhǔn)了原子躍迀中心頻率;而當(dāng)VI不等于V2時，伺服模塊根據(jù)鑒頻信號產(chǎn)生糾偏電壓作用于壓控晶振，以調(diào)整壓控晶振的輸出頻率;通過上述結(jié)構(gòu)單元，最終將壓控晶振的輸出頻率鎖定在原子躍遷中;L.、頻率上。
[0004]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]由于物理系統(tǒng)中微波腔中原子所加磁場可能受電子線路(壓控晶振、綜合模塊、伺服模塊等)影響，微波腔中各個部位的原子的共振頻率會有差別，而實際的原子譜線是各部分原子譜線的疊加，原子譜線形狀反映了微波腔中磁場分布的情況，在這種情況下，原子譜線由于施加磁場的不均勻、不對稱，就會導(dǎo)致實際的原子譜線出現(xiàn)畸變，在原子譜線畸變的情況下，當(dāng)Π和f2處于fo的兩側(cè)時，檢測到的兩個電壓VI和V2是不相等的，也就是說，在現(xiàn)有技術(shù)中，認(rèn)為對準(zhǔn)原子躍迀中心頻率fo時，S卩V1=V2時，實際上并沒有真實地反映中心頻率值。因此，現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確的鎖定原子躍迀中心頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種原子頻標(biāo)伺服控制方法及原子頻標(biāo)。所述技術(shù)方案如下:
[0007]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種原子頻標(biāo)伺服控制方法，所述方法包括:
[0008]將未經(jīng)調(diào)制的探測信號作用于物理系統(tǒng)上，所述物理系統(tǒng)包括對稱設(shè)置在微波腔中的第一光電池和第二光電池；
[0009]通過掃頻技術(shù)擬合出與所述第一光電池對應(yīng)的第一原子譜線圖以及與所述第二光電池對應(yīng)的第二原子譜線圖；
[0010]將經(jīng)過調(diào)制的探測信號作用于所述物理系統(tǒng)上，通過同步鑒相技術(shù)分別得到與所述第一光電池對應(yīng)的第一誤差信號A W1以及與所述第二光電池對應(yīng)的第二誤差信號Δ W2;
[0011]在所述第一原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測信號兩個邊帶對應(yīng)的電壓值VII和V12，在所述第二原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測信號兩個邊帶對應(yīng)的電壓值V21和V22;
[0012]計算AVI 和 AV2，Δ VI =V11-V12-Δ ffl, Δ V2 = V21-V22-Δ ff2 ；
[0013]當(dāng)所述ΔVI和Δ V2的乘積為正時，對原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述Δ VI和Δ V2的乘積為負(fù)時，不對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述A VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI不為0時，對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述A VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI為0時，不對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏。
[0014]在本發(fā)明實施例的一種實現(xiàn)方式中，所述通過掃頻技術(shù)擬合出與所述第一光電池對應(yīng)的第一原子譜線圖以及與所述第二光電池對應(yīng)的第二原子譜線圖，包括:
[0015]控制所述未經(jīng)調(diào)制的探測信號進(jìn)行掃頻；
[0016]采集所述第一光電池輸出的鑒頻信號的第一電壓以及與所述第一電壓一一對應(yīng)的探測信號頻率值，擬合出所述第一原子譜線圖；采集所述第二光電池輸出的鑒頻信號的第二電壓以及與所述第二電壓一一對應(yīng)的探測信號頻率值，擬合出所述第二原子譜線圖。
[0017]在本發(fā)明實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述通過同步鑒相技術(shù)分別得到與所述第一光電池對應(yīng)的第一誤差信號△ W1以及與所述第二光電池對應(yīng)的第二誤差信號△ W2，包括:
[0018]獲取所述物理系統(tǒng)產(chǎn)生的第一鑒頻信號和第二鑒頻信號，所述第一鑒頻信號由第一光電池輸出，所述第二鑒頻信號由第二光電池輸出；
[0019]將所述第一鑒頻信號與參考信號進(jìn)行同步鑒相，得到所述第一誤差信號AW1，將所述第二鑒頻信號與所述參考信號進(jìn)行同步鑒相，得到所述第二誤差信號A W2。
[0020]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種原子頻標(biāo)，所述原子頻標(biāo)包括:壓控晶振、綜合模塊、物理系統(tǒng)、同步鑒相模塊和中央處理器，所述物理系統(tǒng)包括對稱設(shè)置在微波腔內(nèi)的第一光電池和第二光電池；
[0021 ]所述壓控晶振，用于提供一探測信號；
[0022]所述綜合模塊，用于對所述探測信號進(jìn)行調(diào)制并將經(jīng)過調(diào)制的探測信號作用于所述物理系統(tǒng)上；
[0023]所述同步鑒相模塊，用于通過同步鑒相技術(shù)分別得到與所述第一光電池對應(yīng)的第一誤差信號A W1以及與所述第二光電池對應(yīng)的第二誤差信號Δ W2;
[0024]所述中央處理器，用于在第一原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測信號兩個邊帶對應(yīng)的電壓值VII和V12，在第二原子譜線圖上查找所述經(jīng)過調(diào)制的探測信號兩個邊帶對應(yīng)的電壓值V21 和V22;計算 Δ VI和 Δ V2，Δ VI =V11-V12- Δ W1，Δ V2 = V21_V22_ Δ W2;當(dāng)所述Δ VI和△ V2的乘積為正時，對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述△ VI和△ V2的乘積為負(fù)時，不對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述△ VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI不為0時，對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；當(dāng)所述△ VI和△ V2的乘積為0，且所述△ VI為0時，不對所述原子頻標(biāo)進(jìn)行糾偏；
[0025]所述中央處理器中存儲有所述第一原子譜線圖和所述第二原子譜線圖，所述第一原子譜線圖和所述第二原子譜線圖是將未經(jīng)調(diào)制的探測信號作用于物理系統(tǒng)上，通過掃頻技術(shù)擬合得到的，所述第一原子譜線圖和所述第一光電池對應(yīng)，所述第二原子譜線圖和所述第二光電池對應(yīng)。
[0026]在本發(fā)明實施例的一種實現(xiàn)方式中，所述第一光電池和所述第二光電池為相同的光電池。
[0027]在本發(fā)明實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述第一光電池和第二光電池關(guān)于所述微波腔的中軸線對稱。
[0028]在本發(fā)明實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述物理系統(tǒng)還包括:光譜燈、繞設(shè)在所述微波腔上的C場線圈、與所述C場線圈電連接的恒流源、設(shè)于所述微波腔內(nèi)的集成濾光共振泡、以及設(shè)于所述微波腔尾部的耦合環(huán)，所述集成濾光共振泡和所述光電池均設(shè)在所述光譜燈的光路上，且所述集成濾光共振泡位于所述光譜燈和所述光電池之間，所述微波腔尾部是指所述微波腔內(nèi)遠(yuǎn)離所述光譜燈的一端。
[0029]在本發(fā)明實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述第一光電池和所述第二光電池為在800nm有最強(qiáng)感光效應(yīng)的硅光電池。
[0030]在本發(fā)明實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述同步鑒相模塊包括第一同步鑒相單元和第二同步鑒相單元，所述第一同步鑒相單元與所述第一光電池電連接，所述第二同步鑒相單元與所述第二光電池電連接。
[0031]在本發(fā)明實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述綜合模塊包括隔離放大器、射頻倍頻單元、微波倍混頻單元、微處理器和頻率合成器，所述微處理器分別與所述同步鑒相模塊、所述隔離放大器和所述頻率合成器電連接，所述隔離放大器分別與所述壓控晶振和所述射頻倍頻單元電連接，所述微波倍混頻單元分別與所述射頻倍頻單元、所述頻率合成器及所述物理系統(tǒng)電連接。
[0032]其中，所述頻率合成器為直接式數(shù)字頻率合成器。
[0033]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0034]在本發(fā)明實施例中，物理系統(tǒng)中設(shè)置有兩個光電池，我們采用未經(jīng)調(diào)制的探測信號分別通過這兩個光電池擬合出第一原子譜線和第二原子譜線，此時，物理系統(tǒng)未受到電子線路干擾，因此擬合出的原子譜線不包括電子線路干擾成分。在糾偏時，采用調(diào)制的探測信號的兩個邊帶分別從第一原子譜線和第二原子譜線查找對應(yīng)值，并分別計算出兩個電壓差V11-V12和V21-V22，而此時通過鑒頻和同步鑒相同時得到對應(yīng)第一光電池的第一誤差信號 Δ W1 和第二誤差信號 Δ W2。分別計算 Δ VI和 Δ V2，Δ VI = V11-V12- Δ W1，Δ V2 = V21_V22_