基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010760612.6 (22)申请日 2020.07.31 (71)申请人 北京航天控制仪器研究所 地址 100854 北京市海淀区北京142信箱 403分箱 (72)发明人 刘院省霍丽君范晓婷贺宇 黄伟李新坤阚宝玺王学锋 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 马全亮 (51)Int.Cl. H05B 3/06(2006.01) H05B 3/02(2006.01) H05B 3/20(2006.01) (54)发明名称 基于空间双端对称的弱磁场。

2、低温度梯度原 子气室加热结构 (57)摘要 一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯 度原子气室加热结构， 该加热结构由一个加热体 和一个柔性加热片构成。 其中， 加热体材料为铝， 整体为圆柱形， 其上留有两个通孔用于正交激光 通过， 加热体中的热敏电阻与导线相连接以输出 温度参数； 加热片包围在加热体外侧， 加热片上 留有四个孔与加热体上的通光孔对应， 用于通 光， 上下四个小孔及右侧两孔用于与加热体固 定， 导线与加热片上铜线相连用于加热控温。 本 发明加热结构可以有效减小气室周围温度梯度， 并通过双层对称结构实现较好的消磁效果。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 112135370。

3、 A 2020.12.25 CN 112135370 A 1.一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构， 其特征在于包括： 加热体、 加热片、 第一导线(1)和热敏电阻(2)； 加热体为圆柱体， 背部镂空一长方体结构， 原子气室放入该背部镂空长方体内用于实 验； 加热体顶部壁面上设置有沿加热体轴向的第一凹槽(3)， 热敏电阻(2)紧贴在所述第一 凹槽(3)内， 第一导线(1)与热敏电阻(2)连接以实时输出加热体温度参数， 加热体左右两侧 有对称分布的四个凸起定位柱(4)， 用于固定加热片； 正面及背面有对称分布的八个限位柱 (5)， 用于加热片的上下限位； 加热体中部设置有正交的。

4、第一通孔(6)和第二通孔(7)， 用于通过两路正交激光， 加热 体顶面和底面均设置有第二凹槽(8)， 用于固定加热体； 加热片采用柔性材质， 沿加热体周向包覆在加热体外侧， 用于加热控温。 2.根据权利要求1所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 加热体的材料为铝， 加热体高20mm， 底面直径为8mm， 背部镂空长方体大小 为4.54.27mm， 该镂空长方体顶面距离加热体顶面5.6mm， 该镂空长方体底面距离加热 体底面7.4mm。 3.根据权利要求1所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 凹槽(3)高为7.5。

5、mm， 宽2mm。 4.根据权利要求1所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 定位柱(4)高1mm， 直径为1.5mm， 分别距离顶面或底面1.25mm； 限位柱(5)直 径为1.5mm。 5.根据权利要求1所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 第一通孔(6)直径3mm， 第一通孔(7)直径2.5mm； 第二凹槽(8)深1mm、 宽 1.5mm， 且第二凹槽(8)通过圆心。 6.根据权利要求1所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 第一通孔(6)和第二通孔(7)位于加热体的。

6、背部镂空长方体结构位置， 第一 通孔(6)的轴线与第二凹槽(8)的方向一致。 7.根据权利要求1所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 加热片为长方形片状结构， 上下有四个定位片(13)， 定位片(13)上的定位 孔与加热体上的四个凸起定位柱(4)相对应， 实现加热片的固定； 加热片有四个加热区域， 通过铜线(12)在加热片内部往复弯折实现， 第二导线(9)与铜 线(12)相连用于加热控温； 加热片围绕安装在加热体上后， 该四个加热区域呈上下对称分 布， 同时还对称分布在加热体左右两侧， 为原子气室的左右两侧同时均匀加热； 加热片中间设有两个第一孔(10。

7、)和两个第二孔(11)用于通光， 加热片在外侧包围住加 热体后， 两者激光通孔相对应， 第一通孔(6)对应第一孔(10)， 第二通孔(7)对应第二孔 (11)， 且第一通孔(6)的直径小于第一孔(10)， 第二通孔(7)的直径小于第二孔(11)； 加热片右侧设置的两个的第三孔(14)用于焊在加热片左端的焊盘上使加热片包围住 加热体。 8.根据权利要求7所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 加热片是一个大小为2814mm的长方形， 上下有对称分布的四个36mm的 权利要求书 1/2 页 2 CN 112135370 A 2 长方形定位片(13)。 9.根。

8、据权利要求7所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结 构， 其特征在于： 第一孔(10)直径为3.5mm， 第二孔(11)直径为3mm， 第三孔(14)直径为1mm。 10.根据权利要求7所述的一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热 结构， 其特征在于： 加热片的材料为聚酰亚胺。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112135370 A 3 基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构 技术领域 0001 本发明涉及一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构， 属于 量子仪表用原子气室加热技术领域。 背景技术 0002 原子气室加热元件用于加热原。

9、子气室， 获得足够高的碱金属原子密度。 以往的单 侧加热结构使气室周围温度场梯度较大， 对原子密度的均匀分布产生不良影响， 进而影响 陀螺仪输出； 同时加热元件引入的磁场会干扰原子磁共振状态， 降低陀螺仪的性能。 0003 为进一步完善原子气室加热结构， 急需一种可同时满足减小温度梯度和实现空间 消磁的原子气室加热结构。 发明内容 0004 本发明的目的在于： 克服现有技术的不足， 提供一种基于空间双端对称的弱磁场 低温度梯度原子气室加热结构， 在实现小型化的同时也因其双端对称结构有效减小了气室 周围的温度梯度， 并通过加热片内铜线的布置和对称结构实现较好的消磁效果。 0005 本发明目的通过。

10、如下技术方案予以实现： 0006 一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构， 包括： 加热体、 加 热片、 第一导线和热敏电阻； 0007 加热体为圆柱体， 背部镂空一长方体结构， 原子气室放入该背部镂空长方体内用 于实验； 0008 加热体顶部壁面上设置有沿加热体轴向的第一凹槽， 热敏电阻紧贴在所述第一凹 槽内， 第一导线与热敏电阻连接以实时输出加热体温度参数， 加热体左右两侧有对称分布 的四个凸起定位柱， 用于固定加热片； 正面及背面有对称分布的八个限位柱， 用于加热片的 上下限位； 0009 加热体中部设置有正交的第一通孔和第二通孔， 用于通过两路正交激光， 加热体 顶面和。

11、底面均设置有第二凹槽， 用于固定加热体； 0010 加热片采用柔性材质， 沿加热体周向包覆在加热体外侧， 用于加热控温。 0011 进一步的， 加热体的材料为铝， 加热体高20mm， 底面直径为8mm， 背部镂空长方体大 小为4.54.27mm， 该镂空长方体顶面距离加热体顶面5.6mm， 该镂空长方体底面距离加 热体底面7.4mm。 0012 进一步的， 凹槽高为7.5mm， 宽2mm。 0013 进一步的， 定位柱高1mm， 直径为1.5mm， 分别距离顶面或底面1.25mm； 限位柱直径 为1.5mm。 0014 进一步的， 第一通孔直径3mm， 第一通孔直径2.5mm； 第二凹槽深1m。

12、m、 宽1.5mm， 且第 二凹槽通过圆心。 0015 进一步的， 第一通孔和第二通孔位于加热体的背部镂空长方体结构位置， 第一通 说明书 1/4 页 4 CN 112135370 A 4 孔的轴线与第二凹槽的方向一致。 0016 进一步的， 加热片为长方形片状结构， 上下有四个定位片， 定位片上的定位孔与加 热体上的四个凸起定位柱相对应， 实现加热片的固定； 0017 加热片有四个加热区域， 通过铜线在加热片内部往复弯折实现， 导线与铜线相连 用于加热控温； 加热片围绕安装在加热体上后， 该四个加热区域呈上下对称分布， 同时还对 称分布在加热体左右两侧， 为原子气室的左右两侧同时均匀加热； 。

13、0018 加热片中间设有两个第一孔和两个第二孔用于通光， 加热片在外侧包围住加热体 后， 两者激光通孔相对应， 第一通孔对应第一孔， 第二通孔对应第二孔， 且第一通孔的直径 小于第一孔， 第二通孔的直径小于第二孔； 0019 加热片右侧设置的两个的第三孔用于焊在加热片左端的焊盘上使加热片包围住 加热体。 0020 进一步的， 加热片是一个大小为2814mm的长方形， 上下有对称分布的四个3 6mm的长方形定位片。 0021 进一步的， 第一孔直径为3.5mm， 第二孔直径为3mm， 第三孔直径为1mm。 0022 进一步的， 加热片的材料为聚酰亚胺。 0023 本发明与现有技术相比具有如下优点。

14、： 0024 本发明提出的基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构， 在实现 小型化的同时也因其双端对称结构有效减小了气室周围的温度梯度， 提高了气室内部温度 场分布的均匀性， 该加热结构可有效提高加热效率并通过加热片铜线布局设置和对称结构 实现较好的消磁效果。 附图说明 0025 图1为本发明加热结构正面示意图； 0026 图2是本发明加热结构背面示意图； 0027 图3是本发明加热片示意图。 具体实施方式 0028 如图1、 2所示， 本发明提出一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室 加热结构， 包括： 加热体、 加热片、 第一导线1、 热敏电阻2以及第二导线9； 002。

15、9 加热体为圆柱体， 背部镂空一长方体结构， 原子气室放入该背部镂空长方体内用 于实验； 0030 加热体顶部壁面上设置有沿加热体轴向的第一凹槽3， 热敏电阻2紧贴在所述第一 凹槽3内， 第一导线1与热敏电阻2连接以实时输出加热体温度参数， 加热体左右两侧有对称 分布的四个凸起定位柱4， 用于固定加热片； 正面及背面有对称分布的八个限位柱5， 用于加 热片的上下限位； 0031 加热体中部设置有正交的第一通孔6和第二通孔7， 用于通过两路正交激光， 加热 体顶面和底面均设置有第二凹槽8， 用于固定加热体； 0032 第一通孔6和第二通孔7位于加热体的背部镂空长方体结构位置， 第一通孔6的轴 线。

16、与第二凹槽8的方向一致。 说明书 2/4 页 5 CN 112135370 A 5 0033 加热片采用柔性材质， 沿加热体周向包覆在加热体外侧， 用于加热控温。 0034 具体的， 如图3所示， 加热片为长方形片状结构， 上下有四个定位片13， 定位片13上 的定位孔与加热体上的四个凸起定位柱4相对应， 实现加热片的固定； 0035 加热片有四个加热区域， 通过铜线12在加热片内部往复弯折实现， 第二导线9与铜 线12相连用于加热控温； 加热片围绕安装在加热体上后， 该四个加热区域呈上下对称分布， 同时还对称分布在加热体左右两侧， 为原子气室的左右两侧同时均匀加热； 0036 加热片中间设有。

17、两个第一孔10和两个第二孔11用于通光， 加热片在外侧包围住加 热体后， 两者激光通孔相对应， 第一通孔6对应第一孔10， 第二通孔7对应第二孔11， 且第一 通孔6的直径小于第一孔10， 第二通孔7的直径小于第二孔11； 0037 加热片右侧设置的两个的第三孔14用于焊在加热片左端的焊盘上使加热片包围 住加热体。 0038 加热体的材料为铝， 加热体高20mm， 底面直径为8mm， 背部镂空长方体大小为4.5 4.27mm， 该镂空长方体顶面距离加热体顶面5.6mm， 该镂空长方体底面距离加热体底面 7.4mm。 凹槽3高为7.5mm， 宽2mm。 定位柱4高1mm， 直径为1.5mm， 分。

18、别距离顶面或底面1.25mm； 限位柱5直径为1.5mm。 第一通孔6直径3mm， 第一通孔7直径2.5mm； 第二凹槽8深1mm、 宽 1.5mm， 且第二凹槽8通过圆心。 0039 加热片是一个大小为2814mm的长方形， 上下有对称分布的四个36mm的长方形 定位片13。 第一孔10直径为3.5mm， 第二孔11直径为3mm， 第三孔14直径为1mm。 柔性加热片的 材料为聚酰亚胺。 0040 本发明提出的基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构， 在实现 小型化的同时也因其双端对称结构有效减小了气室周围的温度梯度， 提高了气室内部温度 场分布的均匀性， 该加热结构可有效提高加。

19、热效率并通过加热片铜线布局设置和对称结构 实现较好的消磁效果。 0041 实施例： 0042 本实施例给出一种基于空间双端对称的弱磁场低温度梯度原子气室加热结构， 包 括一个加热体和一个柔性加热片。 其中， 加热体整体为一个高20mm， 底面直径为8mm的铝制 圆柱体， 背部镂空了大小为4.54.27mm的长方体， 长方体顶面距离加热体顶面5.6mm， 长 方体底面距离加热体底面7.4mm。 气室放入背部镂空长方体内用于实验。 0043 导线1与热敏电阻2相连接以实时输出加热体温度参数， 热敏电阻紧贴加热体顶部 的高7.5mm、 宽2mm的凹槽3； 加热体左右侧边有四个高1mm， 直径为1.5。

20、mm的定位柱4分别距离 顶面或底面为1.25mm， 用于固定加热片； 正面及背面各有四个直径为1.5mm的限位柱5用于 加热片上下限位， 使得加热片的通光孔和加热体上的通光孔对齐； 加热体中部留有两个通 孔用于通过正交的激光， 孔6直径3mm， 孔7及其相对孔直径2.5mm； 凹槽8高1mm， 宽1.5mm， 用 于固定加热体。 0044 加热片是一个大小为2814mm的长方形， 加热片的材料为聚酰亚胺。 加热片上下 有四个36mm的长方形定位片， 导线9与铜线12相连用于加热控温， 加热片中间留有两个直 径为3.5mm的孔10和两个直径为3mm的孔11用于通光， 上下四个直径为2mm的定位孔。

21、13用于 与加热体上的定位柱4固定， 右侧两个直径为1mm的小孔14用于焊在加热片左端的焊盘上使 加热片包围住加热体。 说明书 3/4 页 6 CN 112135370 A 6 0045 试验时， 将气室放置在加热体背部镂空的长方体结构内， 气室底部用胶固定， 将加 热片的四个定位片13与加热体的四个定位柱4对应固定， 加热片的第二导线9与加热体的第 一凹槽3对齐， 将加热片右侧第三孔14用焊锡固定在左侧焊盘上， 则加热片围绕固定在加热 体外侧， 实现加热结构的整体固定。 0046 泵浦激光通过第一通孔6和第一孔10， 探测激光通过第二通孔7和第二孔11， 两种 激光正交， 加热片通电后能够在5分钟内使加热体达到工作温度136。 在实现小型化的同 时也因其双端对称结构有效减小了气室周围的温度梯度， 提高了气室内部温度场分布的均 匀性， 该加热结构可有效提高加热效率并通过加热片铜线布局设置和对称结构实现较好的 消磁效果。 0047 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。 说明书 4/4 页 7 CN 112135370 A 7 图1 说明书附图 1/3 页 8 CN 112135370 A 8 图2 说明书附图 2/3 页 9 CN 112135370 A 9 图3 说明书附图 3/3 页 10 CN 112135370 A 10 。