本實(shí)用新型涉及一種適用于高精度頻率和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的頻率鑒別裝置，一種小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管，銫束管是銫原子頻標(biāo)的核心裝置，它被廣泛用于導(dǎo)航、守時(shí)、時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)和高精度頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)。
原子束管是一種頻率鑒別裝置，它的工作原理是利用原子超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷頻率，校對(duì)并控制晶體振蕩器的頻率，將它作為頻率標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源。利用銫原子的銫束管由以下主要部分組成：銫爐［1］、第一選態(tài)磁鐵－A磁鐵［3］、第二選態(tài)磁鐵－B磁鐵［5］、諧振腔［4］、C場(chǎng)線圈及屏蔽［6］、撿測(cè)器［7］。銫束管的工作程序?yàn)椋轰C原子在溫度約80－100℃狀態(tài)下，由銫爐蒸發(fā)出來(lái)，經(jīng)過(guò)位于銫爐爐口的準(zhǔn)直器形成銫原子束，銫原子束經(jīng)過(guò)A磁鐵［3］選態(tài)后，射入諧振腔［4］，在其中受到均勻弱磁場(chǎng)－C場(chǎng)（由C場(chǎng)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)）和微波場(chǎng)的作用，銫原子發(fā)生超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷，然后經(jīng)過(guò)B磁鐵［5］選態(tài)，選出發(fā)生過(guò)躍遷的銫原子，最后銫原子束聚焦到檢測(cè)器［7］中處于高溫狀態(tài)的金屬帶上，檢測(cè)器［7］將銫原子離化，再經(jīng)離子透鏡系統(tǒng)將離子束引向電子倍增器，經(jīng)放大后被引出作為頻標(biāo)系統(tǒng)的控制信號(hào)。在銫束管中，銫原子發(fā)射、躍遷、聚焦的過(guò)程都需在至少達(dá)10－8乇的超高真空條件下進(jìn)行，為保證銫束的正常偏轉(zhuǎn)需要特定的光學(xué)配置，因此，零部件的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)和超高真空條件是保證銫束管性能的關(guān)鍵，這兩方面稍有偏差都會(huì)降低頻率標(biāo)準(zhǔn)的精確度，銫束管的零部件必須位置準(zhǔn)確、固定牢靠，經(jīng)機(jī)械沖擊和溫度變化后，各部件還能保持精確的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)。為獲得最佳光學(xué)配置，達(dá)到機(jī)械對(duì)準(zhǔn)，有兩種方法，一種是經(jīng)精確計(jì)算，各部件的加工組裝都按計(jì)算進(jìn)行按排，但機(jī)械加工存在誤差，高精度必然會(huì)使加工合格率降低，成本提高；另一種方法是使各部件的位置可調(diào)，以求獲得最佳效果。國(guó)內(nèi)外在銫標(biāo)研制工作中，曾作過(guò)多方努力，目的在于獲得最佳光學(xué)配置。1976年4月29日公布的美國(guó)專(zhuān)利3，967，115，名稱(chēng)為：原子束管，該原子束管采取全密封形式，它的全部零部件都置于真空殼體內(nèi)，真空殼體由一個(gè)座架和焊封在該座架上的一個(gè)可塑性罩子組成，它的性能主要取決于零件的加工精度和部件間相對(duì)位置的準(zhǔn)確程度，因此，對(duì)零部件要求較高，另外，由于全密封，真空容積較大，超高真空條件的獲得和保持較困難，零部件更換不方便。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種加工成本低、結(jié)構(gòu)緊湊，便于排氣和保持超高真空條件、零部件位置便于調(diào)節(jié)和更換的小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管。
本實(shí)用新型的內(nèi)容：對(duì)絕束管采取局部密封形式，即只對(duì)銫束通道密封的內(nèi)真空形式，銫束通道是指銫束經(jīng)過(guò)的空間，它從銫爐［1］開(kāi)始，通過(guò)A磁鐵［3］的磁隙、諧振腔［4］上的通管［9］、B磁鐵［5］的磁隙，到檢測(cè)器［7］，在保證銫束通道密封的情況下，使真空容積盡可能小，所有部件的附屬部分都置于真空室外。銫爐［1］、A磁鐵［3］、諧振腔［4］、B磁鐵［5］、檢測(cè)器［7］之間利用便于調(diào)節(jié)部件位置的軟件連接，連接處采取焊封方式密封，該裝置的真空容積大大小于同種結(jié)構(gòu)全密封形式的真空容積：以上部件分段組裝并分別固定在導(dǎo)板［10］上，為適應(yīng)內(nèi)真空形式，諧振腔［4］作成實(shí)體結(jié)構(gòu)，C場(chǎng)線圈和屏蔽［6］附裝在該實(shí)體結(jié)構(gòu)上，由于各部件之間采取軟件連接，部件間的相對(duì)位置可適當(dāng)調(diào)節(jié)，銫爐［1］與A磁鐵［3］之間、檢測(cè)器［7］與B磁鐵［5］之間的軟件為波紋管［2］，它的側(cè)面呈可伸縮的波紋狀，所以，銫爐［1］和檢測(cè)器［7］可作橫向調(diào)節(jié)，諧振腔［4］與A磁鐵［3］、B磁鐵［5］之間的軟件為波盤(pán)［8］，它的盤(pán)面上帶有折皺，所以，A磁鐵［3］和B磁鐵［5］可作適當(dāng)扭動(dòng)調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：
采取內(nèi)真空形式在排氣和真空度保持方面要比全密封形式優(yōu)越，相對(duì)于同樣結(jié)構(gòu)全密封形式的銫束管，真空容積之比為：
4.652：0.2＝23.26（倍）
采取全密封時(shí)真空容積為4.652升、內(nèi)真空形式時(shí)的真空容積為0.2升。
放氣面積也有數(shù)十倍的差異，該裝置的放氣面積約為0.19米，這樣在排氣過(guò)程中用同樣抽速的抽氣泵，將能得到更高的真空度，根據(jù)計(jì)算公式真空室所能達(dá)到的極限真空：
Pf＝Pb＋Q／S（乇）
從壓強(qiáng)Pi降低到壓強(qiáng)P所需的抽氣時(shí)間：
T＝2.3（V／S）Lg（Pi／P）（秒）
其中，Pb為真空泵的極限真空度（乇）。
Q為排氣后真空室的氣體負(fù)荷（包括漏氣及材料表面放氣），單位為（乇·升／秒）。
S為真空泵的有效抽速（升／秒）。
V為真空容積（升）。
這樣，放氣面積減小一個(gè)量級(jí)、真空容積減小一個(gè)量級(jí)，將使真空室的極限真空度大大提高，抽氣時(shí)間成十倍地減少。采用內(nèi)真空形式，外部零部件可在排氣后組裝，這可保證磁鐵、屏蔽材料、C線圈和測(cè)溫、控溫?zé)崦綦娮璧炔皇芘艢夂婵緶囟鹊挠绊?，這就能把該溫度相對(duì)提高，以獲得更好的效果。由于部件分段組裝，對(duì)存在工藝缺陷或已失效的銫束管可以再次利用其中的零部件。由于部件間利用軟連接，部件可在偏離中心±5毫米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)：
圖1是銫束管工作原理及內(nèi)真空形式示意圖。
圖2是銫束管結(jié)構(gòu)圖。
圖3是波紋管［2］和波盤(pán)［8］示意圖。
圖4是銫束管部件調(diào)節(jié)示意圖。
如圖1、圖2所示，小型內(nèi)真空銫束管主要包括銫爐［1］、A磁鐵［3］、諧振腔［4］、B磁鐵［5］、檢測(cè)器［7］、C場(chǎng)線圈和屏蔽［6］、導(dǎo)板［10］。銫爐［1］與A磁鐵［3］之間用波紋管［2］焊封連接，A磁鐵［3］的另一端與諧振腔［4］之間用波盤(pán)［8］焊封連接，諧振腔［4］的另一端與B磁鐵［5］之間用波盤(pán)［8］焊封連接，B磁鐵［5］的另一端與檢測(cè)器［7］之間用波紋管［2］焊封連接，以上五個(gè)部件分別組裝并分別固定在導(dǎo)板［10］上，最外面加一金屬罩。
參照?qǐng)D3，波紋管［2］和波盤(pán)［8］上分別帶有可伸縮的波紋和折皺；波紋管［2］是采用0.1－0.2厚的不銹鋼板液壓成型，波盤(pán)［8］是采用0.1－0.2厚的無(wú)氧銅板沖壓成型的。
為便于組裝和更換，A磁鐵［3］和B磁鐵［5］作成相同結(jié)構(gòu)和尺寸的兩極組合式的。為適應(yīng)內(nèi)真空形式，諧振腔［4］采取常規(guī)式U形腔，考慮到溫度穩(wěn)定性和整管對(duì)中的基準(zhǔn)，必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度并能附裝C場(chǎng)線圈及屏蔽［6］，諧振腔采用較重的實(shí)體結(jié)構(gòu)腔體本身為3公分波導(dǎo)尺寸，微波輸入端采用陶瓷密封形式，該實(shí)體結(jié)構(gòu)采取兩塊無(wú)氧銅板，在一塊無(wú)氧銅板上銑加工出U形腔，位于實(shí)體結(jié)構(gòu)中的銫束通道部分是用鏜孔方式加工出的圓形通道［9］（如圖1所示），兩塊無(wú)氧銅板合攏處采取焊封形式密封。
參照?qǐng)D3，C場(chǎng)線圈及屏蔽［6］是采用1J85型鐵鎳合金沖壓成對(duì)扣三層盒式結(jié)構(gòu)，內(nèi)加印制軟線圈，以建立C場(chǎng)，將組裝好的盒式結(jié)構(gòu)附裝于該實(shí)體結(jié)構(gòu)上。
采用上述銫束管的頻率標(biāo)準(zhǔn)，其技術(shù)參數(shù)如下：
頻率準(zhǔn)確度：±1×10－11
頻率穩(wěn)定度：±5×10－12／日
溫度特性：≤5×10－13／℃
1、一種適用于高精度頻率和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管，它包括銫爐[1]、A磁鐵[3]、諧振腔[4]、C場(chǎng)線圈及屏蔽[6]、B磁鐵[5]和撿測(cè)器[7]，其特征在于：
只對(duì)銫束通道采取密封的內(nèi)真空形式，銫爐[1]、A磁鐵[3]、諧振腔[4]、C場(chǎng)線圈及屏蔽[6]、B磁鐵[5]和撿測(cè)器[7]等附屬部分，均置于真空室外；部件之間利用便于調(diào)節(jié)部件位置的軟件連接，連接處采取焊封方式密封。
2、根據(jù)權(quán)利要求1的小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管，其特征在于：銫爐［1］與A磁鐵［3］之間、撿測(cè)器［7］與B磁鐵［5］之間的軟件為波文管［2］，波紋管［2］側(cè)面呈可伸縮的波紋狀。
3、根據(jù)權(quán)利要求1的小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管，其特征在于：諧振腔［4］的兩端分別與A磁鐵［3］和B磁鐵［5］之間的軟件為波盤(pán)［8］，波盤(pán)［8］上帶有環(huán)狀折皺。
4、據(jù)權(quán)利要求1的小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管，其特征在于：諧振腔［4］為一可附裝C場(chǎng)線圈及屏蔽［6］的實(shí)體結(jié)構(gòu)，U形腔用銑加工方法成型，部分銫束通道穿過(guò)該實(shí)體結(jié)構(gòu)。
5、據(jù)權(quán)利要求1－4的小型內(nèi)真空可調(diào)式銫束管，其特征在于：銫爐［1］、A磁鐵［3］、B磁鐵［5］、諧振腔［4］和撿測(cè)器［7］分別固定在導(dǎo)板［10］。