[发明专利]一种铷原子钟工作状态检测信号测量装置

说明书

本发明公开了一种铷原子钟工作状态检测信号测量装置，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管、第二二极管、第一运算放大器、第二运算放大器，还包括两个RC滤波器，本发明构造简洁、性能稳定，通过两个运算放大器和两个二极管配合使用，能够将交流检测信号换算为直流检测信号，且能克服普通二极管的温漂缺陷，具有更低等效内阻及温度敏感性，可以达到与理想二极管接近的检波性能。

技术领域

本发明属于铷原子钟检测信号测量技术领域，更具体涉及一种铷原子钟工作状态检测信号测量装置，可用于高性能星载铷原子频标。

背景技术

铷原子频标以其体积小、功耗低、稳定性好等原因得到广泛应用，特别是用于卫星定位导航等领域。它主要由物理系统和电路两部分构成。前者作为一个鉴频器提供一个参考频率，后者相当于一个频率锁定环路用以将压控晶体振荡器的输出频率锁定在物理系统的参考频率上。物理系统大致可分为光谱灯和腔泡系统两部分。谱灯发出的光经滤光后将吸收泡中处于基态超精细能级F＝1的87Rb原子抽运到F＝2能级，造成粒子数反转。此时用外加微波场激励87Rb原子从F＝2到F＝1能级的跃迁。跃迁发生时，光电池检测到的透过吸收泡光强要变弱。透射光强的这种变化即是原子跃迁的光检测信号。电路部分主要由射频倍频器、频率综合器、调制器以及伺服电路、遥测电路组成。射频倍频器、频率综合器、调制器用以产生输入到量子系统微波腔进行阶跃倍频和混频的信号并最终得到激励铷原子跃迁的微波频率信号。伺服电路主要提取原子跃迁的光检测信号中的误差信号，将次误差转换为恒温晶体振荡器的纠偏电压。遥测电路主要提取原子跃迁的光检测信号的直流本底和交流分量，与其他遥测量配合使用，通过对上述信号的幅度、电平、稳定性长期监测，对铷原子钟工作状况做出评估。

铷原子钟工作过程中，反映原子跃迁信息的光检测信号由光电池输出，包含鉴频信息的微弱电流信号经I-V转换和交直流放大电路后，输出为带有直流本底的光检交流信号。直流本底经过处理后作为光强遥测信号输出，光检交流信号为100Hz～300Hz的低频信号，类似于正弦交流信号，该信号直接反映铷原子钟信噪比，属于核心遥测量，其微弱变化与和整机输出频率准确度、稳定度密切相关，因此，准确、精密测量该遥测量对于评判铷原子钟工作稳定性、排查故障至关重要。

对于地面使用的铷原子钟，光检交流信号一路通过示波器直接观测其幅度、稳定性，另一路将其转换为直流信号，采集其电平信号共同作为铷原子钟工作状态检测信号，对铷原子钟工作状态进行评判。但对于星载环境使用的高性能铷原子钟，受工作环境决定，无法实时监测光检交流信号，只能将光检交流信号转换为直流信号后进行长期采集监测，以此作为铷原子钟工作状态检测信号，对铷原子钟工作状态进行评判。而且，光检交流信号只能在地面实时观测，无法做到不间断存储。因此，将光检交流信号转换为直流信号并准确、精密测量十分必要。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种铷原子钟工作状态检测信号测量装置，通过该测量装置，光检测信号中的交流信号转换为直流信号，通过适当放大处理，所得直流信号与光检测信号的交流信号存在对应幅值比例对应，该直流信号可以作为铷原子钟工作状态检测信号。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种铷原子钟工作状态检测信号测量装置，包括光检交流输入信号，光检交流输入信号分别与第一电阻一端和第四电阻一端连接，第一电阻另一端与第一运算放大器的反相端连接，第一运算放大器的反相端还分别与第一二极管的阴极和第二电阻的一端连接，第一二极管的阳极与第一运算放大器的输出端连接，第一运算放大器的输出端还与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第二电阻的另一端和第三电阻的一端连接，第一运算放大器的同相端与电气地连接，第四电阻的另一端和第三电阻的另一端均与第二运算放大器的反相端连接，第二运算放大器的反相端还通过第五电阻与第二运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的同相端与电气地连接，第二运算放大器的输出端依次串接两个RC滤波器。

如上所述的第一电阻的阻值等于第二电阻的阻值，第四电阻和第五电阻的阻值均为第三电阻阻值的两倍。