專利名稱：一種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，特別涉及一種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置。
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)本實(shí)用新型的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題: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。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置。所述技術(shù)方案如下:本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置，所述裝置包括:用于測量原子頻標(biāo)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度的測溫模塊；用于比較測得的所述工作環(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)償值的處理模塊；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?shù)难a(bǔ)償模塊；所述測溫模塊同時(shí)與所述原子頻標(biāo)和所述處理模塊電連接，所述補(bǔ)償模塊同時(shí)與所述原子頻標(biāo)和所述處理模塊電連接，所述處理模塊與所述原子頻標(biāo)電連接。進(jìn)一步地，所述測溫模塊由若干個(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。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:通過測量原子頻標(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。

[0017]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(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單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，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1是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的測溫模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置工作原理流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)施例一本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置，參見圖1，該裝置包括:用于測量原子頻標(biāo)I工作時(shí)的工作環(huán)境溫度的測溫模塊2 ；用于比較測得的工作環(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)償值的處理模塊3 ；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?shù)难a(bǔ)償模塊4 ；測溫模塊2同時(shí)與原子頻標(biāo)I和處理模塊3電連接，補(bǔ)償模塊4同時(shí)與原子頻標(biāo)I和處理模塊3電連接，處理模塊3與原子頻標(biāo)I電連接。其中，參見圖2，測溫模塊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，測溫模塊2還包括將上述熱敏電阻20測得的數(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。下面將結(jié)合圖3對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的裝置的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明:步驟100:測量原子頻標(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，用于測量原子頻標(biāo)工作時(shí)的外殼內(nèi)壁溫度。為提高測量精度，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)的殼體為長方體，采用6片熱敏電阻測量為例(如圖2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。[0037]其中，原子頻標(biāo)上電穩(wěn)定一般需要經(jīng)過3-5個(gè)小時(shí)，穩(wěn)定后通過貼于原子頻標(biāo)結(jié)構(gòu)體外殼上的熱敏電阻測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=-1O 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-1O 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-1O 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) =11111111111111111111111111111111111111101110011(b)，微處理器在DDS 時(shí)序控制信號(hào)下，將48位頻率控制字寫入DDS中，DDS則相應(yīng)輸出修正后的頻率信號(hào)至用戶端。值得說明的是，上述微處理器3還用于對(duì)原子頻標(biāo)I的傳統(tǒng)控制。本實(shí)用新型實(shí)施例通過測量原子頻標(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硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(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，磁盤或光盤等。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述裝置包括: 用于測量原子頻標(biāo)(I)工作時(shí)的工作環(huán)境溫度的測溫模塊(2)； 用于比較測得的所述工作環(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)償值的處理模塊(3)； 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?shù)难a(bǔ)償模塊(4)； 所述測溫模塊(2 )同時(shí)與所述原子頻標(biāo)(I)和所述處理模塊(3 )電連接，所述補(bǔ)償模塊(4)同時(shí)與所述原子頻標(biāo)(I)和所述處理模塊(3)電連接，所述處理模塊(3)與所述原子頻標(biāo)(I)電連接。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測溫模塊(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。
3.據(jù)權(quán)利要求1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。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的處理模塊(3)包括微處理器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種原子頻標(biāo)輸出補(bǔ)償裝置，屬于原子頻標(biāo)領(lǐng)域。所述裝置包括測溫模塊、處理模塊和補(bǔ)償模塊。本實(shí)用新型通過測量原子頻標(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)H03L7/26GK202931287SQ201220563160
公開日2013年5月8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)