CN114460986B - 一种控制原子蒸气压的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制原子蒸气压的装置，所述装置包括原子池、内保温层、热传导系统和加热系统，所述内保温层用于容纳原子池，所述内保温层的两侧开设有通光孔，所述原子池的池壁与通光孔对应的位置形成有通光面；所述热传导系统包括导热片、导热导管和第一热交换器，所述导热片设置于所述内保温层的外侧且导热片对应于所述通光孔的位置开孔，所述导热导管与导热片接触并进行热交换，所述第一热交换器中空且装有液体介质，所述第一热交换器与所述导热导管通过液体介质进行热交换；所述加热系统用于加热第一热交换器内的液体介质。相比于传统的沿着原子池池身包裹加热材料的方式，该方法避免了由身及面而导致的通光面原子沉积效应。

Description

一种控制原子蒸气压的装置
技术领域
本发明涉及一种控制原子蒸气压的装置，属于原子池温度以及原子密度控制技术领域。
背景技术
原子系统由于其具有很好的相干性，常用来作为重要的研究介质广泛应用于量子精密测量领域，比如原子磁力计、原子钟、原子陀螺仪、光-原子四波混频等等。在精密测量中，为增强其测量精度，一般通过给原子池加热以提高原子密度来增强非线性相互作用的强度。
目前，对原子池的加热方式一般采用整体加热方式，即：原子池与电加热系统封装在一个系统内。例如，典型的加热方式是在原子池的池身或者通光面附近缠绕线圈或者包裹加热材料。通常，原子池中的原子样品对电磁波极为敏感，因此在加热时尽量选择避免这种情况的出现。但是由于电加热装置的特性，难免会产生杂散电磁场。而且由于加热器紧靠原子池，这种杂散电磁场的影响变得明显。而且，加热装置为了维持适合的温度，控制系统会经常切换加热和冷却状态，使得杂散电磁场出现变化，更加难以去除，而且还会进一步造成温度频繁波动，对温控稳定性要求较高。
本发明提出的加热装置及方法采用分离式加热方式，将加热装置与原子池分离。两者的热交换通过导热油实现。加热系统将导热油加热，并通过油管将热油输送至原子池加热系统的热交换器，并由热交换器和U型导热结构将分散至原子池各个部分，使得温度由通光面和池底向池身扩散的同时。原子池其余部分远离热源且由保温层隔绝温度，原子池通光面受热均匀。这种将原子和电加热热源完全隔离的方法，避免了电磁干扰的出现。除此之外，本发明装置通过液体导热，借助液体比热比空气大的特性，能够有效提高热传递效率，并保证温度的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提出了一种控制原子蒸气压的装置及方法，解决了现有技术中存在电加热系统对原子性质的干扰问题，加热系统的温度稳定性不高等问题。
为了克服现有技术的不足，本发明通过以下几个方面实现：
本发明提供一种控制原子蒸气压的装置，所述装置包括：
一种控制原子蒸气压的装置，所述装置包括：
原子池；
内保温层，用于容纳原子池，所述内保温层的两侧开设有通光孔，所述原子池的池壁与通光孔对应的位置形成有通光面；
热传导系统，包括导热片、导热导管和第一热交换器，所述导热片设置于所述内保温层的外侧且导热片对应于所述通光孔的位置开孔，所述导热导管与导热片接触并进行热交换，所述第一热交换器中空且装有液体介质，所述第一热交换器与所述导热导管通过液体介质进行热交换；
加热系统：所述加热系统用于加热第一热交换器内的液体介质。
所述加热系统为基于数字PID控制的加热系统，包括加热器、第二热交换器、PID控制系统；
所述第二热交换器中空且装有液体介质，所述加热器向第二热交换器加热，所述第一热交换器和第二热交换器通过耐高温油管相连通；所述PID控制系统用于控制加热器。
所述导热导管为U型导热导管，所述U型导热导管卡设于内保温层外侧底部，所述导热片位于所述U型导热导管的两臂与对应侧的内保温层之间，所述U型导热导管的两臂的高度低于对应侧所述通光孔的位置。
所述的控制原子蒸气压的装置还包括外保温层，所述外保温层包覆于所述内保温层和热传导系统的外部，所述外保温层对应于所述通光孔的位置开孔，所述外保温层的孔与对应侧所述通光孔及对应侧所述导热片的孔相连通。
所述外保温层和内保温层除两侧通光孔部分外均为全包裹结构。
所述内保温层和外保温层为层状保温海绵。
所述通光孔、所述导热片的孔、所述外保温层的孔均为圆形，且孔径一致。
所述装置还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器靠近所述池尖设置，所述原子池的池尖朝上。
所述U型导热导管的数量包括多个，多个所述U型导热导管并排排布。
所述导热片与所述导热导管的两臂用导热胶粘接，所述导热导管与所述热交换器用导热胶粘接。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明采用电加热系统和原子池系统分离的形式，避免了电加热产生的电磁波对原子池的直接影响。
2)本发明采用油液作为导热介质，相比于空气导热，导热效率高，在原子池加热这种小型加热应用上能够极大保证热量的稳定供应。通光孔的孔径可以根据需要进行调整，在保证通光孔径足够大的情况下，本发明利用加热器进行加热，通过U型导热导管及导热片将热量传导到原子池的下半部分，同时设置有通光孔，外部的热源可以通过通光孔对通光面进行加热，然后通过导热片向原子池四周进行热传导。这种通光面环绕加热方式确保了池子的第一、第二通光面温度最高，其次为池身，池尖处温度最低，有效避免了通光面的原子沉积效应。
3)内、外保温层采用了层状保温绵，在保证加热均匀性的同时可通过控制保温层数实现温差控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1本发明的控制原子蒸气压的装置的结构示意图。
图中示出：
原子池1                         加热系统10
外保温层2                       加热器11
内保温层3                       第二热交换器12
通光孔4                         第二出液口121
通光面5                         第二进液口122
耐高温油管6                     PID控制系统13
导热片7                         第一温度传感器14
导热导管8                       第二温度传感器15
第一热交换器9                   池尖16
第一出液口91                    加热系统保温层17
第一进液口92
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1，本发明一种控制原子蒸气压的装置，所述装置包括：
原子池1；
内保温层3，用于容纳原子池1，所述内保温层3的两侧开设有通光孔4，所述原子池1的池壁与通光孔4对应的位置形成有通光面5；
热传导系统，包括导热片7、导热导管8和第一热交换器9，所述导热片7设置于所述内保温层3的外侧且导热片7对应于所述通光孔4的位置开孔，所述导热导管8与导热片7接触并进行热交换，所述第一热交换器9中空且装有液体介质，所述第一热交换器9与所述导热导管8通过液体介质进行热交换；
加热系统：所述加热系统用于加热第一热交换器9内的液体介质。
所述加热系统为基于数字PID控制的加热系统，包括加热器11、第二热交换器12、PID控制系统13；
所述第二热交换器中空且装有液体介质，所述加热器11向第二热交换器12加热，所述第一热交换器9和第二热交换器12通过耐高温油管6相连通；所述PID控制系统13用于控制加热器11。
第一热交换器9和第二热交换器12均为中空铜质且内部填充有液体介质，第一热交换器9具有第一进液口和第一出液口，第二热交换器12具有第二进液口122和第二出液口121，第一热交换器9第一进液口和第二热交换器12的第二出液口121之间连接有耐高温油管6，第一热交换器9的第一出液口和第二热交换器12的第二进液口122之间也通过耐高温油管6连接，完成油路循环。
加热器11与所述数字PID控制系统13电连接；加热器11设置于第二热交换器12上方，第二温度传感器15设置于加热器11的上方，三者通过导热硅胶粘接；加热器11、第二温度传感器15与第二热交换器12共同包覆于加热系统保温层17内。
所述加热器11为陶瓷加热器。
所述导热导管8为U型导热导管，所述U型导热导管卡设于内保温层3外侧底部，所述导热片7位于所述U型导热导管的两臂与对应侧的内保温层3之间，所述U型导热导管的两臂的高度低于对应侧所述通光孔4的位置。
所述装置还包括外保温层2，所述外保温层2包覆于所述内保温层3和所述热传导系统的外部，所述外保温层2对应于所述通光孔4的位置开孔，所述外保温层2的孔与对应侧所述通光孔4及对应侧所述导热片7的孔相连通。
所述外保温层2和内保温层3除两侧通光孔4部分外均为全包裹结构。
所述装置还包括第一温度传感器14，所述温度传感器靠近所述池尖16设置，所述原子池1的池尖16朝上。
第一温度传感器14用以监测并反馈池子温度；所述原子池1的通光面5为玻璃材质的密封真空介质，其内填充有碱金属原子气体或其他类似原子分子化合物材料。
所述U型导热导管的数量包括多个，多个所述U型导热导管并排排布。
所述内保温层3和外保温层2为层状保温海绵；以确保原子池1的温度均匀。
所述通光孔4、所述导热片7的孔、所述外保温层2的孔均为圆形，且孔径一致。
所述通光孔4、所述导热片7的孔、所述外保温层2的孔还可以设置为其它形状。
所述导热片7与所述导热导管8的两臂用导热胶粘接，所述导热导管8与所述热交换器用导热胶粘接。
所述导热片7的高度大于对应侧所述内保温层3的高度，所述导热片7为导热铜片。
本发明提供的控制原子蒸气压的装置控制原子蒸气压的方法如下：
基于数字PID控制系统的陶瓷加热器产生的热量，由热交换器传导并加热油液，通过油液的流动将热量带至原子加热系统热交换器中。再由该热交换器和U型导热装置将热量传导至原子池的各个部分。
适当加热系统和原子池热传导系统的距离，使得原子不受电加热系统的电磁干扰。调节加热系统中的陶瓷加热器温度，控制油液的温度，从而原子池的温度维持稳定。
通过控制陶瓷加热片的发热量，所述热交换器，油液，导热铜片，导热导管以及陶瓷加热片对原子池的加热温度可在20℃到180℃内任意调节。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种控制原子蒸气压的装置，其特征在于，所述装置包括：
原子池(1)；
内保温层(3)，用于容纳原子池(1)，所述内保温层(3)的两侧开设有通光孔(4)，所述原子池(1)的池壁与通光孔(4)对应的位置形成有通光面(5)；
热传导系统，包括导热片(7)、导热导管(8)和第一热交换器(9)，所述导热片(7)设置于所述内保温层(3)的外侧且导热片(7)对应于所述通光孔(4)的位置开孔，所述导热导管(8)与导热片(7)接触并进行热交换，所述第一热交换器(9)中空且装有液体介质，所述第一热交换器(9)与所述导热导管(8)通过液体介质进行热交换；
加热系统(10)，用于加热第一热交换器(9)内的液体介质；
所述控制原子蒸气压的装置还包括外保温层(2)，所述外保温层(2)包覆于所述内保温层(3)和热传导系统的外部，所述外保温层(2)对应于所述通光孔(4)的位置开孔，所述外保温层(2)的孔与对应侧所述通光孔(4)及对应侧所述导热片(7)的孔相连通；
所述导热导管(8)为U型导热导管，所述U型导热导管卡设于内保温层(3)外侧底部，所述导热片(7)位于所述U型导热导管的两臂与对应侧的内保温层(3)之间，所述U型导热导管的两臂的高度低于对应侧所述通光孔(4)的位置。
2.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述加热系统(10)为基于数字PID控制的加热系统，包括加热器(11)、第二热交换器(12)、PID控制系统(13)；
所述第一热交换器(9)中空且装有液体介质，所述加热器(11)向第二热交换器(12)加热，所述第一热交换器(9)和第二热交换器(12)通过耐高温油管(6)相连通；所述PID控制系统(13)用于控制加热器(11)。
3.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述外保温层(2)和内保温层(3)除两侧通光孔(4)的部分外均为全包裹结构。
4.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述内保温层(3)和外保温层(2)为层状保温海绵。
5.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述通光孔(4)、所述导热片的孔、所述外保温层(2)的孔均为圆形，且孔径一致。
6.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述装置还包括第一温度传感器(14)，所述第一温度传感器(14)靠近所述原子池(1)的池尖(16)设置，所述原子池(1)的池尖(16)朝上。
7.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述U型导热导管的数量包括多个，多个所述U型导热导管并排排布。
8.根据权利要求1所述的控制原子蒸气压的装置，其特征在于：所述导热片(7)与所述导热导管(8)的两臂用导热胶粘接，所述导热导管(8)与所述热交换器用导热胶粘接。
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