一種原子氣室堿金屬位置調整裝置的制作方法

本發明涉及原子氣室制備技術領域，具體涉及一種原子氣室的抗弛豫方法，將服務于基于光與原子相互作用的超高靈敏測量裝置。

背景技術：

核磁共振陀螺儀是利用原子核磁矩在磁場中的拉莫爾進動作為參照，實現對慣性載體的角速度進行測量的一種原子陀螺儀。而原子氣室是核磁共振陀螺儀的敏感表頭，是整個系統的核心部件。原子氣室中的惰性氣體原子的弛豫時間是衡量原子氣室品質的一個重要參數。弛豫時間越長，核磁共振陀螺儀的精度越高。因此如何提高原子氣室的弛豫時間，成為核磁共振陀螺儀領域，非常重要的一個研究方向。目前國內外使用的原子氣室，在制作好以后，使用之前，并未做類似的堿金屬位置調整的處理，或者僅僅是利用熱風槍烘烤短暫的時間，以使得同光面上沒有大量的堿金屬附著。這樣的堿金屬氣室，在使用的時候，往往無法實在其最優的特性。

技術實現要素：

本發明的目的在于提升核磁共振陀螺儀的原子氣室中惰性氣體核子的弛豫時間。本發明同時可以提高原子氣室的通光性能，并降低原子氣室的惰性氣體原子核的電四極分裂，從而明顯提升了核磁共振陀螺儀的性能指標。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種原子氣室堿金屬位置調整裝置，包括加熱片(1)、上部導熱硅膠模具(2)、原子氣室(3)、下部導熱硅膠模具(4)、TEC制冷片(5)、用于加熱片PID控制的溫度傳感器(6)、隔熱片(7)、用于TEC制冷片PID控制的溫度傳感器(8)、加熱片(1)的PID溫度控制系統和TEC制冷片(5)的PID溫度控制系統。其中，TEC制冷片(5)位于整個裝置的最下方，在其上方放置下部導熱硅膠模具(4)，并在該模具上表面鋪一層隔熱片(7)。下部導熱硅膠模具(4)和隔熱片(7)中間挖有凹槽，凹槽大小與氣室尾管大小相同。偏離下部導熱硅膠模具中間的位置還挖有小孔，放置用于TEC制冷片PID控制的溫度傳感器(8)。原子氣室(3)的腔體部分在隔熱片(7)的上方，原子氣室(3)尾管向下放置，尾管部分放置在凹槽中。上部導熱硅膠模具(2)中間留有與原子氣室(3)腔體部分尺寸相同的凹槽，將原子氣室(3)嵌入該凹槽中，上部導熱硅膠模具(2)的下表面與隔熱片(7)相互貼緊。上部導熱硅膠模具(2)偏離中心的位置也挖有小孔，放置了用于加熱片PID控制的溫度傳感器(6)。將五片加熱片(1)分別貼在上部導熱硅膠模具(2)的前面，后面，左面，右面和上面。

所述TEC制冷片(5)在通電之后，由于珀爾帖效應將TEC制冷片(5)的上表面熱量傳遞到TEC制冷片(5)的下表面，從而使上表面溫度低于室溫。TEC制冷片(5)的上表面與下部導熱硅膠模具(4)直接接觸，從而使原子氣室(3)尾管部分的溫度降低，加大了原子氣室的上下部分的溫差。

所述加熱片(1)和TEC制冷片(5)都采用了PID溫度控制。用于加熱片PID控制的溫度傳感器(6)為PT100熱敏電阻，連接到加熱片(1)的PID溫度控制器作為輸入，PID溫度控制器的輸出信號傳給一個SSR固態繼電器，控制加熱片(1)供電的通斷，從而將原子氣室(3)腔體部分的溫度穩定在加熱片(1)的PID溫度控制系統設定的溫度上。

采用所述的原子氣室堿金屬位置調整裝置，實現堿金屬位置調整的方法，包括以下步驟：

步驟1)、設備組裝，按照自下而上的順序，將設備的各個部件組裝起來。

步驟2)、放置氣室，將隔熱片(7)放置在下部導熱硅膠模具(4)上面，將原子氣室(3)尾部安裝在下部導熱硅膠模具(4)中間，將上部導熱硅膠模具(2)蓋在原子氣室(3)上面，將上部導熱硅膠模具(2)向下壓緊。

步驟3)、設定PID溫度，加熱片(1)的PID溫度控制系統和TEC制冷片(5)的PID溫度控制系統分別設定好相應的溫度值。

步驟4)、設備工作，打開加熱片及TEC制冷片的供電電源，加熱片(1)、TEC制冷片(5)在各自的PID溫度控制系統的控制下，開始工作。上部加熱，下部制冷。

步驟5)、關閉電源，使設備停止工作。

步驟6)、取出氣室。待溫度降至室溫后，取出原子氣室。

與現有技術相比，本發明的優點在于：與當前各種提升原子氣室弛豫時間的方法相比較，本發明原理簡單，效果顯著，裝置構便于搭建，方法易于實施。

附圖說明

圖1為本發明的所涉及裝置的示意圖。

圖2本發明所涉及裝置的上下兩部分示意圖。

圖3堿金屬位置調整操作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細介紹：

一種原子氣室堿金屬位置調整裝置，包括加熱片(1)、上部導熱硅膠模具(2)、原子氣室(3)、下部導熱硅膠模具(4)、TEC制冷片(5)、用于加熱片PID控制的溫度傳感器(6)、隔熱片(7)、用于TEC制冷片PID控制的溫度傳感器(8)。其中，TEC制冷片(5)位于整個裝置的最下方，TEC制冷片(5)的下表面與一套散熱系統鏈接，以保證TEC制冷片(5)的正常工作。在TEC制冷片(5)上面放置下部導熱硅膠模具(4)，并在該模具上表面鋪一層隔熱片(7)。下部導熱硅膠模具(4)和隔熱片(7)中間挖有凹槽，其大小與其實尾管大小相同。偏離下部導熱硅膠模具中間的位置還挖有小孔，用于放置TEC制冷片PID控制的溫度傳感器(8)。原子氣室尾管向下放入下部導熱硅膠模具(4)中間預留的凹槽里面。氣室腔體部分在隔熱片(7)以上。上部導熱硅膠模具(2)中間留有與氣室腔體部分尺寸相同的凹槽，將上部導熱硅膠模具蓋在原子氣室(3)上面，其下表面與隔熱片(7)相互貼緊。上部導熱硅膠模具(2)中心附近挖有小孔，放置了用于加熱片PID控制的溫度傳感器(6)。如圖2所示，將五片加熱片(1)分別貼在上部導熱硅膠模具(2)的前、后、左、右、上，五個面。

頂部加熱片的尺寸為10mm*10mm*2mm。側面貼有四個加熱片，尺寸均為5mm*10mm*2mm。上部導熱硅膠模具(2)是柔性材料，形狀不易保持，因此在示意圖所示部分之外，使用了一個卡箍將前后左右四個面上的加熱片壓緊在導熱硅膠模具表面。小型化核磁共振陀螺儀使用的玻璃材料原子氣室的尺寸為4mm*4mm*4mm，壁厚0.5mm。TEC制冷片(5)的上表面為制冷面，下表面為制熱面，下方有一套散熱系統為TEC制熱面散熱，以確保TEC制冷片正常工作。用于加熱片PID控制的溫度傳感器(6)使用的是PT100熱敏電阻，具有很好的測溫精度。隔熱片(7)采用的是隔熱效果良好的硅酸鋁陶瓷纖維墊片。

采用所述的原子氣室堿金屬位置調整裝置，實現堿金屬位置調整的方法，具體步驟如圖3所示。

步驟1)、設備組裝。首先，將TEC制冷片及其散熱系統水平放置在實驗臺上，將下部導熱硅膠模具(4)放置在TEC制冷片(5)上方，將溫度傳感器(8)插入下部導熱硅膠模具(4)的小孔中。然后在下部導熱硅膠模具(4)的上表面鋪上隔熱片(7)。將溫度傳感器(6)插入上部導熱硅膠模具(2)的小孔中，利用卡箍將前、后、左、右四個面上的加熱片(1)壓緊，將上面的加熱片(1)貼在上部導熱硅膠模具(2)的上表面，使(1)(2)(6)構成一個蓋子，如圖2所示。圖2中，上部包含加熱片(1)上部導熱硅膠模具(2)溫度傳感器(6)以及卡箍，下部包含下部導熱硅膠模具(4)TEC制冷片(5)用于TEC制冷片PID控制的溫度傳感器(8)。

步驟2)、放置氣室。將需要處理的原子氣室(3)尾管向下放入下部導熱硅膠模具(4)中間預留的凹槽。將由(1)(2)(6)構成的蓋子，蓋在原子氣室(3)的上方，并向下壓緊，以保證良好的接觸。

步驟3)、設定PID溫度。開啟PID溫度控制器，將加熱片的PID溫度控制器的溫度設置為300攝氏度，將TEC制冷片的PID溫度控制器的溫度設定在0攝氏度。

步驟4)、設備工作。打開加熱片及TEC制冷片的供電電源，使加熱片和TEC制冷片在各自的PID溫度控制器的控制下，開始工作。隨著原子氣室上半部分腔體部分溫度的升高，腔體內表面附著的堿金屬將緩慢蒸發，由于此時原子氣室的尾管部分在TEC制冷片的作用下，保持在較低的溫度，氣室中的氣態堿金屬在這個位置冷凝，留在尾管內部。持續工作十分鐘，原子氣室腔體中的堿金屬便會全部收集到尾管當中。

步驟5)、關閉電源，使設備停止工作。

步驟6)、取出氣室。待原子氣室溫度降低到室溫，即可將處理好的原子氣室取出，安裝到核磁共振陀螺儀或者磁強計設備當中去。