一種被動型氫鐘超均勻C場磁筒及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種被動型氫鐘超均勻C場磁筒及其制作方法，本發明專利技術的C場磁筒包括磁筒骨架和磁場線圈，磁場線圈纏繞在圓柱形磁筒骨架的外側。線圈具有磁場均勻度補償作用，磁筒表面的線圈關于中點呈對稱分布，線圈的漆包線在磁筒表面緊密繞制一層，通過改變漆包線的線徑來實現不同密度的線圈的繞制，而無需通過疊層繞制來增加線圈的密度，在圓筒形磁筒的兩端和距中心L/8處的L/16長度（L為線圈總長度）內線圈密度加大為標準密度的2倍和4倍。本發明專利技術提出的C場磁筒的線圈參數經過優化設計選取，在儲存泡空間區域內軸線上的磁場均勻度誤差能達到2‰以下，而整個空間內均勻度誤差可以小于5‰，滿足被動型氫鐘對C場的超均勻度要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于被動型氫鐘物理部件的研制領域，具體涉及一種被動型氫鐘超均勻C場磁筒。
技術介紹
被動型氫鐘被廣泛運用于衛星導航、空間探測和授時等領域，為其提供標準時間、頻率標準。被動型氫鐘使用基態氫原子超精細結構能級躍遷產生的超穩定度微波量子鑒頻器，鎖定壓控晶體振蕩器(VCXO)，使得VCXO能夠穩定并輸出標準頻率信號。C場線圈是被動型氫鐘的關鍵部件，用于產生在整個氫儲存泡區域內與微波諧振磁場方向一致的靜磁場。靜磁場使得基態氫原子F = I的能級發生分裂產生三個超精細結構能級，這種效應被稱為塞曼效應，靜磁場也被稱為塞曼場或C場。除此之外，C場還為超精細結構能級躍遷提供量子化方向，使得I F = I, mF = 0>一 I F = O, mF = 0>躍遷(σ躍遷)得以實現,兩個能態的躍遷頻率為V = ν0+ΚΒ2, (I)其中，Utl是無磁場情況下氫原子的躍遷頻率；B為塞曼磁場的磁感強度；K =2.7730X 10nH/T2。C場磁感強度的大小和均勻度(梯度)影響躍遷頻率的準確度、信號的信噪比、振蕩譜線的線寬，所以C場的均勻度是決定量子鑒頻器譜線質量的關鍵因素之一。為了設計出線寬小于2Hz的高品質的被動型氫鐘的量子鑒頻器，在氫原子儲存泡空間區域內C場的相對均勻度誤差須控制在1%以內，且磁感強度要足夠小。目前，被動型氫鐘研制過程中，C場線圈的設計和加工精度遠遠達不到要求的均勻度，往往采用介質抵償或加大磁筒體積來實現，這樣就限制被動型氫鐘穩定性的提高，也不利于實現小型化，成為被動型氫鐘研制中的瓶頸。因此，需要一種新的被動型氫鐘超均勻C場磁筒以解決上述問題。
技術實現思路
專利技術目的:本專利技術針對現有技術在被動型氫鐘研制過程中，C場線圈的設計和加工精度的缺陷，提供一種被動型氫鐘超均勻C場磁筒。技術方案:為解決上述技術問題，本專利技術的被動型氫鐘超均勻C場磁筒采用如下技術方案:—種被動型氫鐘超均勻度C場磁筒,包括磁筒骨架和磁場線圈，所述磁筒骨架為圓筒形，所述磁場線圈纏繞在所述磁筒骨架的外側，從所述磁筒骨架的一端開始依次繞制所述磁場線圈:先采用d/4線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，再采用d線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/4長度的磁場線圈，再采用d/2線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，再采用d線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/4長度的磁場線圈，再采用d/2線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，再采用d線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/4長度的磁場線圈，再采用d/4線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，其中，d為標準線徑，L為所述磁筒骨架的長度。專利技術原理:C場磁筒內設置有磁控管和儲存泡，磁控管設置在磁筒骨架內部，儲存泡設置在磁控管中。線圈具有磁場均勻度補償作用，磁場筒表面的線圈關于中點呈對稱分布，線圈的漆包線在磁筒表面緊密繞制一層，通過改變漆包線的線徑來實現不同密度的線圈的繞制，而無需通過疊層繞制來增加線圈的密度，在圓柱形磁筒的兩端和距中心L/8處的L/16長度(L為線圈總長度)內線圈密度加大為原來的2倍和4倍，使得整個儲存泡內的磁場均勻度得到提高。有益效果:本專利技術提出的C場磁筒的線圈參數經過優化設計選取，在儲存泡空間區域內軸線上的磁場均勻度誤差能達到2%。以下，而整個空間內均勻度誤差可以小于5%。，滿足被動型氫鐘對C場的超均勻度要求。更進一步的，所述磁場線圈從頭到尾由一條不同半徑的漆包線端接而形成的繞線繞制而成，所述磁場線圈僅有兩個出線頭。線圈的不同密度通過采用不同半徑的漆包線端接來實現，磁場線圈從頭到尾由一根繞線繞制而成，且僅有兩個出線頭，接入一個電流源便可產生超均勻度C場，避免了多個線頭引線電流對磁場的影響。更進一步的，所述磁筒骨架的厚度小于等于1mm，有益于減輕C場磁筒的重量，利用氫鐘小型化。更進一步的，所述磁筒骨架由透磁材料制成。更進一步的，所述透磁材料為鋁或鈦。本專利技術還公開了上述被動型氫鐘超均勻度C場磁筒的制作方法。一種被動型氫鐘超均勻度C場磁筒的制作方法，包括以下步驟:(I)采用透磁材料卷曲成圓筒形，然后將接縫焊接，再對焊縫處進行打磨、拋光，得到圓筒形的磁筒骨架；(2)從磁筒骨架的一端開始依次繞制磁場線圈:先采用d/4線徑的漆包線在磁筒骨架表面繞制L/16長度線圈，再采用d線徑的漆包線繞制L/4長度線圈，再采用d/2線徑的漆包線繞制L/16長度線圈，再采用d線徑的漆包線繞制L/4長度線圈，再采用d/2線徑的漆包線在磁筒骨架表面繞制L/16長度線圈，再采用d線徑的漆包線繞制L/4長度線圈，再采用d/4線徑的漆包線繞制L/16長度線圈，其中，d為標準線徑，L為磁筒骨架的長度。更進一步的，所述磁筒骨架的厚度小于等于1mm。 更進一步的，所述透磁材料為鋁或鈦。有益效果:利用本專利技術的被動型氫鐘超均勻度C場磁筒的制作方法制得的C場磁筒的參數經過優化設計選取，在儲存泡空間區域內軸線上的磁場均勻度誤差能達到2%。以下，而整個空間內均勻度誤差可以小于5%。，滿足被動型氫鐘對C場的超均勻度要求。附圖說明圖1、本專利技術的被動型氫鐘超均勻C場磁筒的安裝結構示意圖；圖2、補償線圈的參數經過最優化設計后儲存泡內軸線磁場的分布曲線；圖3、補償線圈的參數經過最優化設計后整個儲存泡空間內的磁場均勻度分布；圖4、磁筒線圈繞線分布示意圖5、繞線端接方式及尺寸示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本專利技術，應理解這些實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍，在閱讀了本專利技術之后，本領域技術人員對本專利技術的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。請參閱圖1所示，氫鐘的儲存泡3安裝在磁控管2的管腔內，而磁筒骨架I安裝在磁控管2腔外圍，產生在儲存泡空間區域內超均勻的塞曼磁場。磁筒骨架I為圓筒形。磁筒骨架I由透磁基材(鋁、鈦等)制成，其厚度小于1mm，磁場線圈繞制在磁筒骨架的外表面，其安裝結構如圖1所示。螺線管線圈是C場線圈的基本部件(主線圈)，為了設計出超均勻的C場,必須精確定量地計算出螺線管線圈內部的磁場分布。根據Biot-Savart定理，電流微元在真空中任一場點產生的磁感強度可表示為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種被動型氫鐘超均勻度C場磁筒，其特征在于，包括磁筒骨架和磁場線圈，所述磁筒骨架為圓筒形，所述磁場線圈纏繞在所述磁筒骨架的外側，從所述磁筒骨架的一端開始依次繞制所述磁場線圈：先采用d/4線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，再采用d線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/4長度的磁場線圈，再采用d/2線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，再采用d線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/4長度的磁場線圈，再采用d/2線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，再采用d線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/4長度的磁場線圈，再采用d/4線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制L/16長度的磁場線圈，其中，d為標準線徑，L為所述磁筒骨架的長度。

【技術特征摘要】
1.一種被動型氫鐘超均勻度C場磁筒，其特征在于，包括磁筒骨架和磁場線圈，所述磁筒骨架為圓筒形，所述磁場線圈纏繞在所述磁筒骨架的外側，從所述磁筒骨架的一端開始依次繞制所述磁場線圈:先采用 //4線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Z/16長度的磁場線圈，再采用V線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Ζ/4長度的磁場線圈，再采用m線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Z/16長度的磁場線圈，再采用V線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Z/4長度的磁場線圈，再采用m線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Z/16長度的磁場線圈，再采用V線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Z/4長度的磁場線圈，再采用dl\線徑的漆包線在所述磁筒骨架表面繞制Z/16長度的磁場線圈，其中，d為標準線徑，Z為所述磁筒骨架的長度。2.根據權利要求1所述的被動型氫鐘超均勻度C場磁筒，其特征是:所述磁場線圈從頭到尾由一條不同半徑的漆包線端接而形成的繞線繞制而成，所述磁場線圈僅有兩個出線頭。3.根據權利要求1所述的被動型氫鐘超均勻度C場磁筒，其特征是:所述磁筒骨架的厚度小于等于1mm。4....

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱實，王勇，李建清，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：