一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。使用本發(fā)明能夠精確控制檢測(cè)器至準(zhǔn)直器出口的距離和傾角，從而提高銫源發(fā)射束流強(qiáng)度分析精度，同時(shí)減少了銫束污染。本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)采用固定支架和活動(dòng)支架間位置的形式改變探測(cè)器與銫源之間的距離和夾角，從而可以使用千分尺等測(cè)量工具測(cè)量探測(cè)器相對(duì)于銫源的坐標(biāo)，能夠方便、精確地獲得兩者之間的距離和夾角，解決了檢測(cè)器位移限制、傾角計(jì)算等關(guān)鍵問題，從而可以有效提高銫源發(fā)射束流強(qiáng)度分析精度；同時(shí)，采用波紋管連接銫源和檢測(cè)器，能夠解決密封和真空度問題，減少了銫束污染，提高測(cè)試系統(tǒng)的安全性，該測(cè)試系統(tǒng)可以用于多種粒子束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)量和分析。
【專利說明】一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及銫束管性能檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參 數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 銫束管是銫原子鐘的核心組件，銫束管內(nèi)銫原子束逸出準(zhǔn)直器后的束流強(qiáng)度對(duì)銫 束管的信噪比和銫鐘短期穩(wěn)定度等性能指標(biāo)有直接的影響。目前的測(cè)量系統(tǒng)主要有以下兩 種方案：
[0003] A)銫束檢測(cè)器繞準(zhǔn)直器出口作角度掃描，檢測(cè)器與準(zhǔn)直器出口的距離D恒定，束 流強(qiáng)度分布是檢測(cè)器軸線同準(zhǔn)直器軸線夾角Θ的函數(shù)，方案如圖1所示；
[0004] B)銫束檢測(cè)器在同準(zhǔn)直器軸線垂直交叉的直線軌跡上運(yùn)動(dòng)，掃描束流強(qiáng)度，束流 強(qiáng)度分布是夾角Θ以及距離D的函數(shù)。
[0005] 兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)為：
[0006] 方案A可以觀測(cè)Θ>90°的狀態(tài)，但檢測(cè)器與準(zhǔn)直器出口的距離D無法變化；方案 B可以改變距離D和夾角Θ，得到更為全面的束流強(qiáng)度分布情況測(cè)量結(jié)果，但夾角Θ的變 化范圍有限，這兩種方案均有局限性，不能滿足束流強(qiáng)度測(cè)量中參數(shù)變化的要求，因此，需 要對(duì)測(cè)量方案進(jìn)行改進(jìn)，組建束流強(qiáng)度可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，能夠精確 控制檢測(cè)器至準(zhǔn)直器出口的距離和傾角，從而提高銫源發(fā)射束流強(qiáng)度分析精度，同時(shí)減少 了銫束污染。
[0008] 本發(fā)明的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，包括銫源、檢測(cè)器、測(cè)量支架和 波紋管，其中，測(cè)量支架包括底板、安裝在底板上的固定支架和活動(dòng)支架，其中，活動(dòng)支架可 在底板上沿固定支架與活動(dòng)支架的連線方向滑動(dòng)，同時(shí)還能依靠安裝在活動(dòng)支架上的伸縮 機(jī)構(gòu)在與所述連線方向相垂直的方向伸縮；銫源固定安裝在固定支架上，檢測(cè)器固定安裝 在活動(dòng)支架上；銫源與檢測(cè)器之間通過波紋管連接，所述波紋管為束流通道；固定支架與 活動(dòng)支架的連線方向設(shè)有千分尺，活動(dòng)支架上設(shè)有與所述連線方向相垂直的千分尺；
[0009] 所述銫源包括銫泡、準(zhǔn)直器、加熱管和銅-康銅熱電偶；其中，準(zhǔn)直器位于銫泡的 出口處，加熱管和銅-康銅熱電偶安裝在銫泡外表面；
[0010] 檢測(cè)器包括鉭絲和不銹鋼片，鉭絲周圍安裝電極；
[0011] 工作流程為：
[0012] 步驟1，將銫源、檢測(cè)器安裝在測(cè)量支架上，波紋管連接銫源和檢測(cè)器，將測(cè)量支架 放置在真空室中；真空室連接抽氣裝置；根據(jù)固定支架與活動(dòng)支架連線方向的千分尺和活 動(dòng)支架上與所述連線方向相垂直的千分尺數(shù)值，計(jì)算獲得銫源與檢測(cè)器之間的距離D和傾 角Θ;
[0013] 步驟2,啟動(dòng)真空抽氣裝置，對(duì)真空室進(jìn)行抽氣，使真空室真空度優(yōu)于設(shè)定的真空 度；
[0014] 步驟3,加熱管通電，對(duì)銫管進(jìn)行加熱，通過銅-康銅熱電偶對(duì)銫泡進(jìn)行測(cè)溫和控 溫；給檢測(cè)器中鉭絲的電極通電；
[0015] 步驟4,使用靜電計(jì)測(cè)量檢測(cè)器中不銹鋼片的電流I，所測(cè)電流I即為檢測(cè)器和銫 源間距離為D、傾角為Θ、銫源溫度為T時(shí)的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度；
[0016]步驟5,通過調(diào)整活動(dòng)支架的位置改變檢測(cè)器和銫源間的距離D和傾角Θ，改變 銫源溫度T，重復(fù)步驟4,獲得不同距離D、傾角Θ、銫源溫度T時(shí)的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度；
[0017] 步驟6,測(cè)試結(jié)束，關(guān)閉加熱管、鉭絲電極電源，關(guān)閉抽氣裝置。
[0018] 其中，所述波紋管為銅-鎳合金波紋管，內(nèi)側(cè)涂有石墨吸銫劑。
[0019] 有益效果：
[0020] (1)本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)采用固定支架和活動(dòng)支架間位置的形式改變探測(cè)器與銫源之 間的距離和夾角，從而可以使用千分尺等測(cè)量工具測(cè)量探測(cè)器相對(duì)于銫源的坐標(biāo)，能夠方 便、精確地獲得兩者之間的距離和夾角，解決了檢測(cè)器位移限制、傾角計(jì)算等關(guān)鍵問題，從 而可以有效提高銫源發(fā)射束流強(qiáng)度分析精度；同時(shí)，采用波紋管連接銫源和檢測(cè)器，能夠解 決密封和真空度問題，減少了銫束污染，提高測(cè)試系統(tǒng)的安全性，該測(cè)試系統(tǒng)可以用于多種 粒子束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)量和分析。
[0021] (2)采用加熱管對(duì)銫源中的銫泡進(jìn)行加熱，使用銅-康銅熱電偶對(duì)銫泡進(jìn)行測(cè)溫 和控溫，從而可以很方便地改變銫源發(fā)射束流的強(qiáng)度，測(cè)試不同束流強(qiáng)度下銫束管的信噪 比和銫鐘短期穩(wěn)定度等性能指標(biāo)的改變。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為傳統(tǒng)的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025] 本發(fā)明提供了一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，如圖2所示，包括銫 源、檢測(cè)器、測(cè)量支架和波紋管，其中，測(cè)量支架包括底板、安裝在底板上的固定支架和活 動(dòng)支架，其中，活動(dòng)支架可在底板上沿固定支架與活動(dòng)支架的連線方向滑動(dòng)（定義為X方 向），同時(shí)還能在與所述連線方向相垂直的方向伸縮（定義為Y方向）；銫源固定安裝在固 定支架上，檢測(cè)器固定安裝在活動(dòng)支架上；銫源與檢測(cè)器之間通過銅-鎳合金波紋管連接。
[0026] 其中，在固定支架與活動(dòng)支架的連線方向設(shè)有千分尺，用于測(cè)量固定支架與活動(dòng) 支架之間的水平距離Dp ;在活動(dòng)支架上設(shè)有與連線相垂直的千分尺，用于測(cè)量活動(dòng)支架與 固定支架之間的垂直距離Dv;從而可以得到檢測(cè)器與銫源之間的距離D和夾角Θ，其中， D= +D1; ,Θ=arctg(Dv/Dp) 〇
[0027] 其中，銫源由銫泡、準(zhǔn)直器、加熱管、銅-康銅熱電偶等部件組成，準(zhǔn)直器位于銫泡 的出口處，加熱管和銅-康銅熱電偶安裝在銫泡外表面。加熱管通電后使銫泡溫度上升， 銅-康銅熱電偶連接控制電路對(duì)銫泡進(jìn)行測(cè)溫和控溫，將銫泡加熱至試驗(yàn)所需溫度，銫泡 內(nèi)的銫相變?yōu)檎羝?，銫蒸汽經(jīng)準(zhǔn)直器逸出，銫泡溫度在試驗(yàn)過程中可改變。
[0028] 檢測(cè)器由鉭絲和不銹鋼片組成，鉭絲通電加熱后將銫原子離化為銫離子。鉭絲周 圍安裝電極，加恒定電壓，使銫離子加速并定向移動(dòng)至不銹鋼片，不銹鋼片作為收集銫離子 的探測(cè)器，用靜電計(jì)檢測(cè)不銹鋼片的電流大小I，即為測(cè)量到的束流強(qiáng)度。
[0029] 真空系統(tǒng)由真空室、真空抽氣裝置組成，連接方式如圖2所示。
[0030] 石墨吸銫劑涂在波紋管內(nèi)側(cè)，吸收波紋管內(nèi)的雜散銫蒸汽來保持測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的真 空度。
[0031] 測(cè)試系統(tǒng)的控制電路主要有熱電偶溫控儀、加熱管電源、檢測(cè)器電源，測(cè)量?jī)x器為 靜電計(jì)，其電纜通過真空室的法蘭芯柱連接在銫源和檢測(cè)器上，連接方式見圖2。
[0032] 測(cè)量銫源發(fā)射的束流強(qiáng)度時(shí)，將測(cè)量支架放置在真空室中，采用真空抽氣裝置對(duì) 真空室進(jìn)行抽真空，采用熱電偶溫控儀對(duì)銫源進(jìn)行控溫，采用靜電計(jì)測(cè)量獲得銫源發(fā)射束 流強(qiáng)度，具體工作流程如下：
[0033] 第一步，測(cè)試前準(zhǔn)備：將銫源、檢測(cè)器安裝在測(cè)量支架上，波紋管連接銫源和檢測(cè) 器，將測(cè)量支架放置在真空室中。
[0034] 第二歩，啟動(dòng)真空抽氣裝置，對(duì)真空室進(jìn)行抽氣，使真空室真空度優(yōu)于I.OXlO-5Pa0
[0035] 第三步，通過控制電路將銫源加熱，給檢測(cè)器組件通電。
[0036] 第四步，銫源發(fā)射束流強(qiáng)度測(cè)試：使用靜電計(jì)測(cè)量檢測(cè)器收集到的銫離子束流強(qiáng) 度。記錄每次改變檢測(cè)器和銫源間的距離D和傾角Θ、銫源溫度T后，檢測(cè)器收集到的銫離 子束流強(qiáng)度I。
[0037] 第五步，測(cè)試過程結(jié)束后，關(guān)閉銫源、檢測(cè)器的電源供電，關(guān)閉真空抽氣裝置。
[0038] 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 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. 一種銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括銫源、檢測(cè)器、測(cè)量 支架和波紋管，其中，測(cè)量支架包括底板、安裝在底板上的固定支架和活動(dòng)支架，其中，活動(dòng) 支架可在底板上沿固定支架與活動(dòng)支架的連線方向滑動(dòng)，同時(shí)還能依靠安裝在活動(dòng)支架上 的伸縮機(jī)構(gòu)在與所述連線方向相垂直的方向伸縮；銫源固定安裝在固定支架上，檢測(cè)器固 定安裝在活動(dòng)支架上；銫源與檢測(cè)器之間通過波紋管連接，所述波紋管為束流通道；固定 支架與活動(dòng)支架的連線方向設(shè)有千分尺，活動(dòng)支架上設(shè)有與所述連線方向相垂直的千分 尺； 所述銫源包括銫泡、準(zhǔn)直器、加熱管和銅-康銅熱電偶；其中，準(zhǔn)直器位于銫泡的出口 處，加熱管和銅-康銅熱電偶安裝在銫泡外表面； 檢測(cè)器包括鉭絲和不銹鋼片，鉭絲周圍安裝電極； 工作流程為： 步驟1，將銫源、檢測(cè)器安裝在測(cè)量支架上，波紋管連接銫源和檢測(cè)器，將測(cè)量支架放 置在真空室中；真空室連接抽氣裝置；根據(jù)固定支架與活動(dòng)支架連線方向的千分尺和活動(dòng) 支架上與所述連線方向相垂直的千分尺數(shù)值，計(jì)算獲得銫源與檢測(cè)器之間的距離D和傾角 9 ； 步驟2,啟動(dòng)真空抽氣裝置，對(duì)真空室進(jìn)行抽氣，使真空室真空度優(yōu)于設(shè)定的真空度； 步驟3,加熱管通電，對(duì)銫管進(jìn)行加熱，通過銅-康銅熱電偶對(duì)銫泡進(jìn)行測(cè)溫和控溫；給 檢測(cè)器中鉭絲的電極通電； 步驟4,使用靜電計(jì)測(cè)量檢測(cè)器中不銹鋼片的電流I，所測(cè)電流I即為檢測(cè)器和銫源間 距離為D、傾角為Θ、銫源溫度為T時(shí)的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度； 步驟5,通過調(diào)整活動(dòng)支架的位置改變檢測(cè)器和銫源間的距離D和傾角Θ，改變銫源溫 度T，重復(fù)步驟4,獲得不同距離D、傾角Θ、銫源溫度T時(shí)的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度； 步驟6,測(cè)試結(jié)束，關(guān)閉加熱管、鉭絲電極電源，關(guān)閉抽氣裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的銫源發(fā)射束流強(qiáng)度的可變參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述波 紋管為銅-鎳合金波紋管，內(nèi)側(cè)涂有石墨吸銫劑。
【文檔編號(hào)】G01T1/29GK104237927SQ201410454102
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】朱宏偉, 陳江, 王驥, 成大鵬, 袁征難, 馬寅光, 鄭寧, 黃良育, 李得天, 張滌新 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所