CN108771944B - 一种镍提纯器和氢原子频标 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种镍提纯器和氢原子频标。该镍提纯器包括：石英管；位于所述石英管内的螺旋镍管；对称套设于所述石英管外的两段陶瓷管；所述两段陶瓷管之间相隔一段距离形成间隙；横跨所述间隙连接于两段陶瓷管相互靠近的一端外周的通氢转接头；所述通氢转接头上连接有通氢管道；分别对称连接于所述两段陶瓷管另一端的两个通氢头；以及分别对称连接于两个通氢头上的两个单向焊片。该镍提纯器采用轴对称结构设计，将原接地端通过两个陶瓷实现对两个电极的绝缘隔离，从根本上避免了镍提纯器加电控制氢流量时负端电流流经氢原子频标的物理部分，彻底解决了地电流可能导致氢原子频标磁敏感度性能下降的潜在问题，提高了氢原子频标整机性能的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及氢原子频标技术领域。更具体地，涉及一种镍提纯器和氢原子频标。
背景技术
氢原子频标具有良好的频率中长期稳定度和准确度，在地面以及车载、星载等应用环境中均有很好的应用前景。提纯器是氢原子频标中的关键部件，由于氢气瓶提供的工业氢气含有杂质，需要通过提纯器来得到纯净的氢气。提纯器一般分为两种，一种是用钯银合金(30％钯和70％银)，一种是用镍管做成。在高温下(对钯银为200℃-300℃，对镍管为500℃左右)，氢分子能在这些金属中扩散而透过，而其他分子则不能，正是通过这种特性实现净化氢气的作用。镍的温度越高，氢气通过的速度越快，所以可以通过改变镍管电流来改变镍管的温度，进而改变氢气的流量，起到控制流量的作用。
目前，被动型氢原子频标使用的镍提纯器是由镍管制造的薄壁石英管，将纯镍管绕制成螺旋状放置于提纯器内部。镍提纯器由镍管、陶瓷部件、可伐部件和石英部件组成。其中镍管是提纯氢气的主要部件。提纯氢气主要是通过镍管完成的.它是由纯镍制造的薄壁镍管，将镍管绕制成螺旋状，放在提纯器内部，外部焊接，其结构原理示意图如图1所示。镍管两端加电后电阻产生热量导致镍原子之间间隙增加，使体积较小的氢气分子从镍原子之间透过。其中一端在连接镍提纯器电源负端的同时与物理部分(氢原子频标除提纯器外的部分)地端相连。镍提纯器电源负端与物理部分地导通的结构设计有如下不足之处：
1)加电过程中，物理部分接地端分流电源负端电流，使部分电流流经物理部分最外层磁屏蔽，会导致整机屏蔽性能变差，从而影响氢原子频标性能。
2)采用最外层磁屏蔽与物理部分绝缘的补救措施使物理部分工艺复杂并且可靠性差。
发明内容
本发明目的在于提供一种镍提纯器和氢原子频标，解决目前镍提纯器电源负端与物理部分地导通结构设计导致电流流经最外层磁屏蔽影响屏蔽性能和与物理部分绝缘的工艺复杂且可靠性差的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明一方面提供一种镍提纯器，该镍提纯器包括：
石英管；
位于所述石英管内的螺旋镍管；
对称套设于所述石英管外的两段陶瓷管；所述两段陶瓷管之间相隔一段距离形成间隙；
横跨所述间隙连接于两段陶瓷管相互靠近的一端外周的通氢转接头；所述通氢转接头上连接有通氢管道；
分别对称连接于所述两段陶瓷管另一端的两个通氢头；以及
分别对称连接于两个通氢头上的两个单向焊片。
优选地，所述通氢管道远离所述通氢转接头的一端连接有通氢法兰。
优选地，螺旋镍管是由一根软态镍管按螺旋方式绕制而成，在绕制的螺旋部分两端保留有一段未缠绕的镍管，其中一端封口；
所述通氢头包括有通孔，所述未缠绕的镍管穿过所述通孔。
优选地，所述未缠绕的镍管与所述通孔之间的间隙通过真空钎焊密封。
优选地，所述两段陶瓷管相互远离的一端的端面位于所述石英管端面内侧。
优选地，所述通氢头与陶瓷管连接的一端为台阶状，用以包容所述石英管和陶瓷管。
优选地，所述通氢转接头和通氢头分别与陶瓷管通过真空钎焊连接。
优选地，所述通氢转接头和通氢头的材料为可伐材料、钛或钛合金。
优选地，所述通氢管道和通氢法兰的材料为不锈钢。
该镍提纯器采用轴对称结构设计，将原接地端通过两个陶瓷实现对两个电极的绝缘隔离，从根本上避免了镍提纯器加电控制氢流量时负端电流流经氢原子频标的物理部分，彻底解决了地电流可能导致氢原子频标磁敏感度性能下降的潜在问题，提高了氢原子频标整机性能的可靠性。
本发明另一方面提供一种包括上述任一镍提纯器的氢原子频标。
本发明的有益效果如下：
本发明的镍提纯器有效避免了自身电流流经氢原子频标物理部分对整机磁屏蔽性能产生的潜在影响，提高了整钟可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出镍提纯器的结构原理示意图。
图2示出本发明优选实施例中的镍提纯器的结构示意图。
附图标记说明：
1-螺旋镍管，2-石英管，3-陶瓷管，4-通氢转接头，5-通氢管道，6-通氢法兰，7-通氢头，8-单向焊片，9-未缠绕的镍管，10-通孔。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供一种镍提纯器，该镍提纯器包括：石英管；位于所述石英管内的螺旋镍管；对称套设于所述石英管外的两段陶瓷管，所述两段陶瓷管之间相隔一段距离形成间隙；横跨所述间隙连接于两段陶瓷管相互靠近的一端外周的通氢转接头；所述通氢转接头上连接有通氢管道；分别对称连接于所述两段陶瓷管另一端的两个通氢头；以及分别对称连接于两个通氢头上的两个单向焊片。
本发明中的镍提纯器整体结构采用轴对称设计，接地端通过两个陶瓷实现两个电极对物理部分的绝缘隔离，相当于隔地镍提纯器，避免镍提纯器地电流流经氢原子频标物理部分的最外层磁屏蔽。
本发明提供一个优选实施例，如图2所示，镍提纯器包括螺旋镍管1、石英管2、陶瓷管3、单向焊片8、通氢转接头4、通氢头7、通氢管道5和通氢法兰6。
螺旋镍管1是由一根软态镍管按螺旋方式绕制而成，置于石英管2内，石英管2外围对称套设两段陶瓷管3；所述两段陶瓷管3之间相隔一段距离形成间隙，起绝缘作用，使电流不流通金属表面而仅从镍管流过，并且对石英管起固定减震作用。
螺旋镍管1在绕制的螺旋部分两端保留有一段未缠绕的镍管9，其中一端封口；氢气从没有封口的一端进入镍提纯器。所述通氢头7包括有通孔10，所述未缠绕的镍管9穿过所述通孔10。进一步的，所述未缠绕的镍管9与所述通孔10之间的间隙通过真空钎焊密封。
通氢转接头4横跨所述间隙连接于两段陶瓷管3相互靠近的一端外周上，位于镍提纯器的轴对称轴上；所述通氢转接头上连接有通氢管道5。通氢管道5使提纯后的纯净氢气流出到氢原子频标的准直器，通过通氢法兰6将镍提纯器固定于氢原子频标的其它物理部分上。
两个通氢头7分别对称连接于所述两段陶瓷管3的另一端。在本优选实施例中，所述两段陶瓷管3相互远离的一端的端面位于所述石英管2端面内侧，即如图2中所示，陶瓷管3的外端短于石英管2。相应的，所述通氢头7与陶瓷管3连接的一端为台阶状，用以更好的包容所述石英管2和陶瓷管3。
两个单向焊片8固定在通氢头7两端，分别作为电源的正负两极。其整体结构采用轴对称设计，接地端通过两个陶瓷实现两个电极对物理部分的绝缘隔离，避免镍提纯器地电流流经氢原子频标物理部分的最外层磁屏蔽。
进一步的，所述通氢转接头4和通氢头7的材料优选为可伐材料、钛或钛合金，且分别与陶瓷管通过真空钎焊连接。使通氢转接头和通氢头绝缘，并且使其内部处于真空环境。
进一步的，所述通氢管道5和通氢法兰6的材料优选为不锈钢。所述单向焊片8的材料优选地为无氧铜材料。
在一个具体实施例中，螺旋绕制的螺距为0.6mm镍管置于薄壁石英管内，薄壁石英管外围有两个位置对称的陶瓷管，它们分别与中间的通氢转接头和两端的通氢头真空钎焊，使通氢转接头和通氢头绝缘，并且使其内部处于真空环境。
两端的通氢头上分别固定有单向焊片。通氢转接头下端是通氢管道和通氢法兰。轴对称结构设计将原接地端通过两个陶瓷实现对两个单向焊片的绝缘隔离。下面给出尺寸规格方面的具体实施方式：
一种氢原子频标隔地镍提纯器装置，其主要部件的尺寸为：螺旋镍管单管外径0.5mm，内径0.3mm，螺旋部分长度40mm，石英管内径7.8mm，外径9.8mm，长度40mm，陶瓷管内径10mm，外径16.6mm，长度11mm，通氢转接头直径22mm，长度17mm，通氢头直径17.3mm，长度22.5mm，单向焊片直径8mm，高度12mm，通氢管道直径11mm，长度24mm，通氢法兰直径24.7mm，高度5mm。
本发明的镍提纯器在使用时，将镍管两端加直流电压，电流通过镍管时由于自身电阻产生热量对镍管加热，导致镍原子之间间隙增加，体积较小的氢气分子就会透过镍原子释放出来，而氢气中的杂质气体分子体积较大无法透过，从而实现了氢气的提纯。此外，随着加在镍管上的电流不同，使镍原子之间间隙不同，可非常灵敏地控制氢气的流量。通过陶瓷绝缘电源负端和物理部分地端，确保地电流完全回到镍提纯器电源负端，不流经物理部分最外层磁屏蔽，避免磁屏蔽被磁化而对氢原子频标磁敏感度产生影响。采用本发明的镍提纯器的氢原子频标最外层磁屏蔽与物理部分之间无需再做绝缘处理，简化了氢原子频标物理部分生产工艺流程。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种镍提纯器，其特征在于，该镍提纯器包括：
石英管；
位于所述石英管内的螺旋镍管；
对称套设于所述石英管外的两段陶瓷管；所述两段陶瓷管之间相隔一段距离形成间隙；
横跨所述间隙连接于两段陶瓷管相互靠近的一端外周的通氢转接头；所述通氢转接头上连接有通氢管道；
分别对称连接于所述两段陶瓷管另一端的两个通氢头；以及
分别对称连接于两个通氢头上的两个单向焊片；
螺旋镍管是由一根软态镍管按螺旋方式绕制而成，在绕制的螺旋部分两端保留有一段未缠绕的镍管，其中一端封口；
所述通氢头包括有通孔，所述未缠绕的镍管穿过所述通孔；
所述两段陶瓷管相互远离的一端的端面位于所述石英管端面内侧。
2.根据权利要求1所述的镍提纯器，其特征在于，所述通氢管道远离所述通氢转接头的一端连接有通氢法兰。
3.根据权利要求1所述的镍提纯器，其特征在于，所述未缠绕的镍管与所述通孔之间的间隙通过真空钎焊密封。
4.根据权利要求1所述的镍提纯器，其特征在于，所述通氢头与陶瓷管连接的一端为台阶状，用以包容所述石英管和陶瓷管。
5.根据权利要求1所述的镍提纯器，其特征在于，所述通氢转接头和通氢头分别与陶瓷管通过真空钎焊连接。
6.根据权利要求1所述的镍提纯器，其特征在于，所述通氢转接头和通氢头的材料为可伐材料、钛或钛合金。
7.根据权利要求1所述的镍提纯器，其特征在于，所述通氢管道和通氢法兰的材料为不锈钢。
8.一种包括如权利要求1-7任一项所述的镍提纯器的氢原子频标。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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