一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，具體涉及一種用于原子磁力儀系統(tǒng)中利用激光加熱原子氣室的無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括激光器、1×4光分路器、原子加熱室和溫度控制器，其特征在于：所述的激光器和1×4光分路器通過(guò)尾纖連接；1×4光分路器和原子加熱室通過(guò)尾纖連接；溫度控制器和激光器通過(guò)單芯屏蔽信號(hào)線連接。本實(shí)用新型激光器、溫度控制器等能夠產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)的電氣部分與原子加熱室存在足夠的跨度，避免了對(duì)原子氣室工作區(qū)域產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾；采用激光加熱方式加熱，同樣避免引入磁噪聲的影響，而且加熱速度快；使用三線制的無(wú)磁鉑電阻作為溫度傳感器，保證了測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度，同時(shí)也避免了磁噪聲的干擾。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，具體涉及一種用于原子磁力儀系統(tǒng)中利用激光加熱原子氣室的無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]原子氣室溫度控制系統(tǒng)是原子磁力儀的重要組成部分，在原子磁力儀系統(tǒng)中通常需要對(duì)原子氣室進(jìn)行加熱，加熱的主要目的是提高原子數(shù)密度進(jìn)而提高原子磁力儀系統(tǒng)的靈敏度。
[0003]目前幾種主要的加熱方式為:電加熱(包括交流電加熱和間斷電加熱)，熱氣流加熱和光加熱。交流電加熱會(huì)引進(jìn)磁噪聲，間斷電加熱溫度穩(wěn)定性差且會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，熱氣流加熱速度慢、氣流波動(dòng)會(huì)影響光路且系統(tǒng)較復(fù)雜，這三種方法或嚴(yán)重影響原子磁力儀系統(tǒng)的靈敏度，或增加了整套設(shè)備的復(fù)雜程度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種用于在原子磁力儀系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)原子氣室的恒溫加熱，溫度穩(wěn)定性高，還避免了磁噪聲的引入，保證了原子磁力儀系統(tǒng)的靈敏度的利用激光加熱原子氣室的無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，包括激光器、1X4光分路器、原子加熱室和溫度控制器，所述的激光器和1X4光分路器通過(guò)尾纖連接；1X4光分路器和原子加熱室通過(guò)尾纖連接；溫度控制器和激光器通過(guò)單芯屏蔽信號(hào)線連接。
[0007]激光器為半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為850nm,最大光功率為3W,并帶有尾纖輸出，最大出纖光功率為21
[0008]1X4光分路器的分光比為25:25:25:25，即尾纖中的四束輸出光光功率相等。
[0009]尾纖的纖徑均為105 μ m。
[0010]原子加熱室為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長(zhǎng)度為50mm,原子加熱室由無(wú)磁材料碳化娃制作成，最大剩磁< 5pT。
[0011]原子加熱室置于保溫層的中心位置，保溫層為長(zhǎng)方體軸向空心通透結(jié)構(gòu)，由聚苯乙烯泡沫塑料制作成。
[0012]原子氣室為圓柱體，置于原子加熱室的中心位置，保溫層、原子加熱室和原子氣室的中心點(diǎn)均位于同一條直線上。
[0013]尾纖穿過(guò)保溫層和原子加熱室，固定在原子加熱室側(cè)壁的中間位置，四條尾纖相鄰成90°環(huán)繞原子氣室。
[0014]原子加熱室采用三線制的無(wú)磁鉬電阻作為無(wú)磁溫度傳感器，置于原子氣室的正下方，無(wú)磁鉬電阻通過(guò)高溫點(diǎn)焊的方式焊接，最大剩磁< 5ρΤ。
[0015]溫度控制器采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID控制激光器的輸出功率，從而達(dá)到控制原子氣室溫度的目的，其溫度精度達(dá)到0.5°C。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是:原子加熱室采用耐高溫?zé)o磁材料碳化硅制成，自身不產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)，最大剩磁優(yōu)于5pT ;激光器、溫度控制器等能夠產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)的電氣部分與原子加熱室存在足夠的跨度，避免了對(duì)原子氣室工作區(qū)域產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾；采用激光加熱方式加熱，同樣避免引入磁噪聲的影響，而且加熱速度快；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID作為溫度控制器控制加熱溫度，溫度穩(wěn)定性好；使用三線制的無(wú)磁鉬電阻作為溫度傳感器，保證了測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度，同時(shí)也避免了磁噪聲的干擾。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。
[0019]一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，包括激光器1、I X 4光分路器3、原子加熱室6和溫度控制器8。激光器I為半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為850nm，最大光功率為3W，并帶有尾纖2輸出，最大出纖光功率為2W。激光器I發(fā)出的主光束激光通過(guò)尾纖2進(jìn)入I X4光分路器3，I X4光分路器3的分光比為25:25:25:25，即尾纖4中的四束次光束激光光功率相等。尾纖4穿過(guò)保溫層5和原子加熱室6，固定在原子加熱室6側(cè)壁的中間位置，四條尾纖相鄰成90°環(huán)繞原子氣室10進(jìn)行加熱，保證有效工作區(qū)域內(nèi)溫度梯度最小。原子加熱室6為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長(zhǎng)度為50mm,由無(wú)磁材料碳化娃制作成。原子加熱室6置于保溫層5的中心位置，保溫層5為長(zhǎng)方體軸向空心通透結(jié)構(gòu)，由熱導(dǎo)系數(shù)低的聚苯乙烯泡沫塑料制作成。原子氣室10為圓柱體，并置于原子加熱室6的中心位置。保溫層
5、原子加熱室6和原子氣室10的中心點(diǎn)均位于同一條直線上。原子加熱室6中采用無(wú)磁鉬電阻11作為無(wú)磁溫度傳感器，置于原子氣室10的正下方。無(wú)磁鉬電阻11通過(guò)高溫點(diǎn)焊的方式焊接，最大剩磁優(yōu)于5pT。溫度控制器8通過(guò)導(dǎo)線7接收無(wú)磁鉬電阻11采集到的溫度并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID通過(guò)單芯屏蔽信號(hào)線9調(diào)節(jié)激光器I的輸出功率，從而達(dá)到控制原子氣室10溫度的目的，其控溫精度達(dá)到0.5°C。
[0020]如圖1所示，無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)。包括激光器1、1X4光分路器3、原子加熱室6和溫度控制器8。激光器I為半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為850nm，最大光功率為3W，并帶有尾纖2輸出，最大出纖光功率為2W。激光器I發(fā)出的主光束激光通過(guò)尾纖2進(jìn)入1X4光分路器3，1X4光分路器3的分光比為25:25:25:25，即尾纖4中的四束次光束激光光功率相等。尾纖4穿過(guò)保溫層5和原子加熱室6，固定在原子加熱室6側(cè)壁的中間位置，四條尾纖相鄰成90°環(huán)繞原子氣室10進(jìn)行加熱，保證有效工作區(qū)域內(nèi)溫度梯度最小。原子加熱室6中采用無(wú)磁鉬電阻11作為無(wú)磁溫度傳感器，置于原子氣室10的正下方，實(shí)時(shí)采集原子氣室10的溫度。溫度控制器8通過(guò)導(dǎo)線7接收無(wú)磁鉬電阻11采集到的溫度并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID通過(guò)單芯屏蔽信號(hào)線9調(diào)節(jié)激光器I的輸出功率，從而達(dá)到控制原子氣室10溫度的目的，其控溫精度達(dá)到0.5°C。此時(shí)形成了閉環(huán)溫控系統(tǒng)。
[0021]由于原子氣室10需要工作在無(wú)磁環(huán)境中，因此采用無(wú)磁材料碳化硅制作原子加熱室6，最大剩磁優(yōu)于5pT。這種材料具有耐高溫、導(dǎo)熱性能良好、耐腐蝕等特性，同時(shí)還具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，更易于加工。原子加熱室6為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長(zhǎng)度為50mm。原子氣室10同為圓柱體,并置于原子加熱室6的中心位置。最后，為達(dá)到更好的保溫性能，在原子加熱室6外層加上保溫層5。保溫層5為長(zhǎng)方體軸向空心通透結(jié)構(gòu)，由熱導(dǎo)系數(shù)低的聚苯乙烯泡沫塑料制作成，保證了原子加熱室6內(nèi)部整體溫度具有良好的均勻性。保溫層5、原子加熱室6和原子氣室10的中心點(diǎn)均位于同一條直線上。
[0022]為監(jiān)測(cè)原子氣室10的溫度，又不引入磁噪聲，采用三線制的無(wú)磁鉬電阻11作為無(wú)磁溫度傳感器。無(wú)磁鉬電阻11的探頭為純鉬制成，導(dǎo)線為純銅，二者均為非鐵磁性物質(zhì)。通過(guò)高溫點(diǎn)焊的方式焊接，最大程度地減少傳感器的剩磁。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，無(wú)磁鉬電阻11將當(dāng)前原子氣室10的實(shí)時(shí)溫度作為反饋信號(hào)傳遞給溫度控制器8顯示并調(diào)整激光器I的輸出功率。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，包括激光器(1)、1X4光分路器(3)、原子加熱室(6)和溫度控制器(8)，其特征在于:所述的激光器(I)和1X4光分路器(3)通過(guò)尾纖(2)連接；I X 4光分路器(3 )和原子加熱室(6 )通過(guò)尾纖(4)連接；溫度控制器(8 )和激光器(I)通過(guò)單芯屏蔽信號(hào)線(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光器(I)為半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為850nm，最大光功率為3W，并帶有尾纖(2)輸出，最大出纖光功率為21
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的1X4光分路器(3)的分光比為25:25:25:25，即尾纖(4)中的四束輸出光光功率相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的尾纖(2)和尾纖(4)的纖徑均為105 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的原子加熱室(6)為圓柱體軸向空心通透結(jié)構(gòu),外徑為56mm,內(nèi)徑為36mm,長(zhǎng)度為50mm,原子加熱室(6)由無(wú)磁材料碳化娃制作成，最大剩磁< 5pT。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的原子加熱室(6)置于保溫層(5)的中心位置，保溫層(5)為長(zhǎng)方體軸向空心通透結(jié)構(gòu)，由聚苯乙烯泡沫塑料制作成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括原子氣室(10)為圓柱體，置于原子加熱室(6)的中心位置，保溫層(5)、原子加熱室(6)和原子氣室(10)的中心點(diǎn)均位于同一條直線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的尾纖(4)穿過(guò)保溫層(5)和原子加熱室(6)，固定在原子加熱室(6)側(cè)壁的中間位置，四條尾纖相鄰成90。環(huán)繞原子氣室(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的原子加熱室(6)采用三線制的無(wú)磁鉬電阻(11)作為無(wú)磁溫度傳感器，置于原子氣室(10)的正下方，無(wú)磁鉬電阻(11)通過(guò)高溫點(diǎn)焊的方式焊接，最大剩磁< 5ρΤ。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種無(wú)磁加熱溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的溫度控制器(8)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能PID控制激光器(I)的輸出功率，從而達(dá)到控制原子氣室(10)溫度的目的，其溫度精度達(dá)到0.5°C。
【文檔編號(hào)】G05D23/24GK203643870SQ201320699034
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】黃宗軍, 黃強(qiáng), 吳國(guó)龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)