[发明专利]一种原子气室尾管熔断装置及原子气室尾管熔断方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子气室制备技术领域，具体涉及一种原子气室尾管熔断装置，以及原子气室尾管熔断方法，处理后的气室可应用于基于光与原子相互作用的超高灵敏测量装置。

背景技术

原子气室是原子钟、原子磁强计、原子陀螺仪等基于光与原子相互作用的超高灵敏测量装置的物理表头，是最核心的敏感元件。其中，核磁共振陀螺仪是以原子磁矩在磁场中的拉摩尔进动作为参考，实现对惯性载体的角速度进行测量的一种原子陀螺仪。高精度和小型化是核磁共振陀螺仪目前的发展趋势。而原子气室的尺寸，严重限制了核磁共振陀螺仪的小型化程度。原子气室制作的传统工艺中，通常使用氢氧焰将原子气室从真空管路中取下，截断位置不能离气室过近，否则会造成碱金属逃逸或者气室高温变形。所以，传统工艺制作的原子气室的尾管较长，且难以再进一步缩短。因此，为了满足气室小型化的要求，亟需找到一种气室后处理的方法，在传统工艺制作的气室的基础上，对气室的尾管做进一步处理，从而达到气室小型化的要求。

发明内容

本发明的目的在于降低核磁共振陀螺仪所使用的原子气室的尾管尺寸，使原子气室符合核磁共振陀螺仪小型化的要求。另外，气室尾管的缩短，同时可以提升原子气室中惰性气体核子的弛豫时间，降低原子气室的惰性气体原子核的电四极分裂，从而提升了核磁共振陀螺仪的性能指标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种原子气室尾管熔断装置，包括包括二氧化碳激光器(1)、步进电机系统(3)，原子气室工装夹具(4)和三轴位移台(5)，其中，二氧化碳激光器(1)位于顶部，自上而下发出波长10.6μm的红外激光用于熔断气室尾管(14)，原子气室工装夹具(4)将原子气室固定在步进电机轴上，并将步进电机固定在三轴位移台(5)上。

在上述的原子气室尾管熔断装置中，二氧化碳激光器(1)的发出的光的波长为10.6μm，玻璃材料对该波长的光的吸收率高，非常适合加热玻璃材料。二氧化碳激光器(1)的最小光斑直径为0.02mm，可以精确控制熔断位置。二氧化碳激光器(1)的出光功率为55W，足够将石英玻璃管加热到2000℃左右。

在上述的原子气室尾管熔断装置中，步进电机系统(3)由控制器、驱动器和步进电机三部分构成，可以精确控制电机的转速。步进电机固定在原子气室工装夹具(4)的底座上，驱动器的输出端与步进电机连接，输入端与控制器连接。

在上述的原子气室尾管熔断装置中，原子气室工装夹具(4)包括：电机座(12)、工装底座(15)、滑块(16)、电机轴稳定架(17)、卡头(18)。工装底座(15)固定在三轴位移台(5)上，电机座(12)、电机轴稳定架(17)固定在工装底座(15)上面，步进电机固定在电机座(12)上，电机轴与电机轴稳定架(17)的孔同心。左侧第一个卡头(18)固定在电机轴上。滑块(16)插入工装底座(15)右侧滑槽中，右侧第二个卡头(18)固定在滑块(16)的上部。滑块(16)由滑块座、滑块臂和卡头三部分构成，滑块座与滑块臂相互垂直，通过三个螺钉固紧。卡头通过法兰连接垂直固定在滑块臂上。

在上述的原子气室尾管熔断装置中，三轴位移台(5)可精确控制气室尾管的位置，通过调节三个方向相应的三个螺纹杆，可将气室尾管所在的空间位置移动到激光焦点附近。

一种原子气室尾管熔断方法，包括如下步骤：

(1)、将初步制作完成的尾管较长的原子气室(14)安装到电机轴上的卡头中，尾管方向向外。

(2)、让滑块(16)靠近原子气室(14)，用滑块(16)上的卡头卡住原子气室(14)尾管的末端。

(3)、调节三轴位移台(5)，将气室尾管移动到激光焦点位置附近。

(4)、启动步进电机系统(3)，电机开始带动气室转动。

(5)、调节二氧化碳激光器(1)的光斑大小和出光功率。

(6)、打开激光器，开始对熔断位置加热。

(7)、持续加热5s，熔断位置融化，将滑块(16)缓慢拉开，熔断位置自动拧结。

(8)关闭激光器，停止加热。关闭电机。待原子气室(14)冷却后取出。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)、本发明的原子气室尾管熔断方法，在传统原子气室制作工艺的基础上，对原子气室的尾管做后处理，使处理后的气室满足尺寸大幅度降低。传统火焰熔断的方法，熔断位置如果太过靠近气室，将导致气室内部碱金属原子逃逸，甚至导致气室受热变形，降低气室性能。