CN111077482A - 一种基于cpt原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，该保温装置包括主体结构和玻璃气室保温套筒，所述玻璃气室保温套筒夹持在玻璃气室两端，所述玻璃气室保温套筒装配在所述主体结构内。本发明通过采用导热系数较小的聚酰亚胺材料制作玻璃气室保温套筒，同时采用外花键、内“栅栏”和“S”截面设计，提供一种空间用玻璃气室保温装置，保证玻璃气室在空间应用时，温度不随轨道周期变化而发生较大波动。

Description

一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置

技术领域

本发明涉及一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，属于温度控制技术领域。

背景技术

随着量子技术日臻成熟，量子技术应用已经逐渐拓展到空间应用领域。当前空间量子技术应用中，通常选用玻璃气室作为碱金属原子容器及量子效应发生装置，如原子钟、原子磁力仪(张衡01号卫星)等。

玻璃气室在特定的温度范围内才能正常工作。然而，在空间应用时，卫星交替处于太阳照射区和阴影区，温度也相应交替发生变化，一个轨道周期温差变化通常大于80℃，若玻璃气室没有有效的保温措施，则以玻璃气室为量子效应发生装置的测量仪器将无法正常工作。因此亟需提供一种空间用玻璃气室保温装置。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，保证玻璃气室在空间应用时，温度不随轨道周期变化而发生较大波动。

本发明的技术解决方案是：一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，包括：主体结构和玻璃气室保温套筒(2)，

所述玻璃气室保温套筒(2)夹持在玻璃气室两端，起到对玻璃气室保温隔热和支撑作用；

所述玻璃气室保温套筒装配在主体结构内；主体结构能够防止对玻璃气室(3)和玻璃气室保温套筒(2)在恶劣的辐照条件下不会发生功能失效

优选的，恶劣的辐照条件是指：大于10Mrad(si)的辐照剂量。

优选的，主体结构，包括壳体，壳体内为中空结构，壳体形状没有要求；优选方案中空结构为圆柱形；两端设有通光孔，作为转接结构，用于放置光纤准直器。

优选的，玻璃气室保温套筒(2)，为中空圆筒状，外壁设有花键结构，内壁设有栅栏结构；栅栏结构上设置装配倒角；

优选的，中空圆筒状外壁上沿周向设有多个沿轴向的凸起，形成花键结构；玻璃气室保温套筒(2)在筒壁的横截面上设置S形截面保温结构；

优选的，S形截面保温结构是指：玻璃气室保温套筒(2)的内壁至外壁设置S形状的传热通道，延长导热路径，提高保温效果。

S形状的传热通道形成方式为：玻璃气室保温套筒(2)为中空圆筒状，两侧环形的壁面分别设置多个盲环，两侧环形壁面上设置的盲环交错排布，玻璃气室保温套筒(2)的筒壁在设置盲环后，剩余部分在横截面上形成多个S形状首尾相接，作为S形状的传热通道。

优选的，在玻璃气室保温套筒(2)一侧环形的壁面上设置从大到小的三个环形盲孔，最大环形盲孔内径为D_1内，外径为D_1外；第二大环形盲孔内径为D_2内，外径为D_2外，第三大环形盲孔内径为D_3内，外径为D_3外；

在玻璃气室保温套筒(2)另一侧环形的壁面上设置从大到小的三个环形盲孔；最大环形盲孔内径为D_4内，外径为D_4外；第二大环形盲孔内径为D_5内，外径为D_5外，第三大环形盲孔内径为D_6内，外径为D_6外；

两侧环形壁面上设置的盲环交错排布，是指：最大环形盲孔外径D_1外小于玻璃气室保温套筒(2)的筒壁外径、D_1内大于D_4外；D_4内大于D_2外，D_2内大于D_5外，D_5内大于D_3外，D_3内大于D_6外，D_6内大于玻璃气室保温套筒(2)的筒壁内径，使得在去除环形盲孔后的筒壁剩余部分的横截面上形成多个S形状首尾相接，作为S形状的传热通道。

优选的，栅栏结构在玻璃气室保温套筒(2)内壁内侧沿周向分布，栅栏结构为多个条形凸台组成的阵列。

优选的，玻璃气室保温套筒(2)的一个端面设有环形底座，环形底座上设有轴向的条形凸台；条形凸台的一端的端面与环形底座连接，条形凸台的其余部分均不与玻璃气室保温套筒(2)内壁接触。

优选的，栅栏结构为多个条形凸台组成的阵列，形成环状，栅栏结构中间能够安装玻璃气室，与玻璃气室的接触面设置装配倒角。

优选的，所述玻璃气室套筒为导热系数小、耐高低温、耐辐照、硬度较小、机械性能优异的塑料，如聚酰亚胺塑料。

优选的，所述玻璃气室保温套筒外壁为花键结构，与玻璃气室接触内壁为“栅栏”结构，并且，栅栏结构顶端设计有倒角。

优选的，玻璃气室保温套筒截面为“S”型曲折结构，最小壁厚为0.9mm。

优选的，所述主体结构材料为铝合金，最小壁厚为2.5mm。

优选的，所述主体结构外表面采用瓷质阳极化处理。

优选的，所述主体结构内孔与气室套筒配合公差为H7/g6。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置采用导热系数较小的聚酰亚胺材料制作玻璃气室保温套筒，同时采用外花键、内“栅栏”和“S”截面设计，从而减小散热面积、延长导热路径，降低外界温度干扰，提高玻璃气室的保温性能。

(2)、本发明的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置采用耐辐照剂量大于10Mrad(si)的聚酰亚胺制作玻璃气室保温套筒，采用铝合金制作主结构，且主结构最小壁厚为2.5mm，使得玻璃气室和玻璃气室保温套筒在恶劣的辐照条件下不会发生功能失效。

(3)、本发明的玻璃气室保温套筒与玻璃气室装配处采用“栅栏”设计，降低了装配处的刚度，使得玻璃气室保温套筒具有较好保温性能的同时还具有较好的抗振性。

(4)、本发明的玻璃气室保温套筒“栅栏”的顶端设计有倒角，降低了装配难度，防止玻璃气室在装配过程中出现机械损坏。

(5)、本发明的主体结构外表面采用瓷质阳极化处理，提高主体结构抗氧化的同时提高反射率，减少来自太阳的辐射能量吸收，从而减小阳光照射下玻璃气室温升，提高保温性能。

(6)、本发明的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置采用传统的机械加工工艺，工艺成熟、工序简单，具有较好的经济效益。

附图说明

图1为本发明一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置剖面图。

图2为玻璃气室保温套筒横截面示意图；

图3为玻璃气室保温套筒立体示意图

其中，1为主体结构，2玻璃气室保温套筒，3为玻璃气室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，该保温装置包括主体结构和玻璃气室保温套筒，所述玻璃气室保温套筒夹持在玻璃气室两端，所述玻璃气室保温套筒装配在所述主体结构内。本发明通过采用导热系数较小的聚酰亚胺材料制作玻璃气室保温套筒，同时采用外花键、内“栅栏”和“S”截面设计，提供一种空间用玻璃气室保温装置，保证玻璃气室在空间应用时，温度不随轨道周期变化而发生较大波动。

CPT(Coherent Population Trapping)原子磁力仪，即相干布居俘获磁力仪，是基于原子精细结构能级在磁场中的塞曼劈裂现象，通过检测原子两个跃迁通道之间干涉引起的透射光谱特性来实现对磁场高精度测量的仪器。

玻璃气室优选为中空的圆柱状密封玻璃腔体，内部填充一定质量的金属铷，是CPT原子磁力仪量子效应发生装置。

如图3所示，玻璃气室保温套筒(2)与玻璃气室两端优选为过盈配合，可防止玻璃气室窜动，消除玻璃气室位移对测量精度产生的影响。

玻璃气室保温套筒(2)与主体结构内壁为间隙配合，优选的，配合公差优选为H7/g6，即保证装配精度又便于装配。

栅栏结构优选为周向均布的条形凸台，优选的，数量≥3个，与玻璃气室保温套筒(2)内壁的缝隙≥1mm、条形凸台的长度小于等于原子气室长度的三分之一，能够在保证力学支撑、提供减振性能的基础上，有效的减少接触面积提高保温效果。

优选的，花键齿高≥1mm，数量≥3个，能够减小散热面积提高保温性能。

优选的，S形截面保温结构的盲环宽度≥1mm，盲环个数≥3个，S形截面可隔断径向导热，延长导热路径，降低外界温度干扰，提高玻璃气室的保温性能。

玻璃气室保温套筒为非金属，优选为聚酰亚胺材质。

本发明的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，该保温装置包括主体结构和玻璃气室保温套筒，所述玻璃气室保温套筒夹持在玻璃气室两端，所述玻璃气室保温套筒装配在所述主体结构内，气室套筒优选采用聚酰亚胺塑料制成，气室套筒外壁优选为花键结构，气室套筒与气室接触的内壁优选为栅栏结构，栅栏结构顶端优选设计有倒角，气室套筒截面优选为“S”形曲折结构，主体结构材料优选为铝合金，主体结构最小壁厚优选为2.5mm，主体结构外表面优选采用瓷质阳极化处理，主体结构内孔与气室套筒间优选按公差H7/g6配合，主体结构两端优选设计有转接结构，用于放置光纤准直器。

本发明提供的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，保证玻璃气室在空间应用时，温度不随轨道周期变化而发生较大波动。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，该装置包括主体结构1、玻璃气室保温装置2和玻璃气室3。玻璃气室保温套筒2夹持在玻璃气室3两端，玻璃气室保温套筒2装配在主体结构1内，主体结构1两端设计有转接结构，用于放置光纤准直器。

如图2所示，玻璃气室套筒2为导热系数小、耐高低温、耐辐照、硬度较小、机械性能优异的塑料，如聚酰亚胺塑料。保证气室套筒的保温结构能够加工，并且不因辐照剂量过大而发生功能失效。

玻璃气室套筒外壁为花键结构。可以减小玻璃气室套筒与主体结构间热交换面积，提高保温性能。

气室套筒与气室接触的内壁为“栅栏”结构。不仅可以减小玻璃气室套筒与主体结构间热交换面积，提高保温性能，还可以降低装配处的刚度，使得玻璃气室保温套筒具有较好保温性能的同时还具有较好的抗振性。

栅栏结构顶端设计有倒角。可以降低装配难度，防止玻璃气室在装配过程中出现机械损坏。

如图2所示，气室套筒截面为“S”形曲折结构。可以延长导热路径，提高瞬态保温性能。

主体结构材料为铝合金，最小壁厚优选为2.5mm。保证主体结构强度的同时为内部结构提供辐照保护，防止内部非金属材料因辐照剂量过大而发生功能失效。

主体结构外表面采用瓷质阳极化处理。能够有效提高主体结构抗氧化能力，同时提高主体结构外表面反射率，减少来自太阳的辐射能量吸收，从而减小阳光照射下玻璃气室温升，提高保温性能。

主体结构内孔与气室套筒间优选按公差H7/g6配合。保证装配精度的同时降低装配难度。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于包括：主体结构和玻璃气室保温套筒(2)，

所述玻璃气室保温套筒(2)夹持在玻璃气室两端，起到对玻璃气室保温隔热和支撑作用；

所述玻璃气室保温套筒装配在主体结构内；主体结构能够防止对玻璃气室(3)和玻璃气室保温套筒(2)在恶劣的辐照条件下不会发生功能失效。

2.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：恶劣的辐照条件是指：大于10Mrad(si)的辐照剂量。

3.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：主体结构，包括壳体，壳体内为中空结构，壳体形状没有要求；优选方案中空结构为圆柱形；两端设有通光孔，作为转接结构，用于放置光纤准直器。

4.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：玻璃气室保温套筒(2)，为中空圆筒状，外壁设有花键结构，内壁设有栅栏结构；栅栏结构上设置装配倒角。

5.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：中空圆筒状外壁上沿周向设有多个沿轴向的凸起，形成花键结构；玻璃气室保温套筒(2)在筒壁的横截面上设置S形截面保温结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：所述玻璃气室保温套筒外壁为花键结构，与玻璃气室接触内壁为“栅栏”结构，并且，栅栏结构顶端设计有倒角。

7.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：所述玻璃气室保温套筒截面为“S”型曲折结构，最小壁厚为0.9mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于所述主体结构材料为铝合金，最小壁厚为2.5mm。

9.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：所述主体结构外表面采用瓷质阳极化处理。

10.根据权利要求1所述的一种基于CPT原子磁力仪的空间用玻璃气室保温装置，其特征在于：所述主体结构内孔与气室套筒配合公差为H7/g6。

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