Испытательный стенд для компонентов дискриминатора стандарта частоты на основе эффекта когерентного пленения населенностей

Техническое решение относится к технологическому оборудованию и предназначено для использования при серийном производстве дискриминаторов стандарта частоты на основе эффекта когерентного пленения населенностей (КПП) и их компонентов.
Дискриминаторы могут испытываться включением в известную схему КПН-часов.
1. Cash, P. Microsemi Chip Scale Atomic Clock (CSAC) Technical Status, Applications, and Future Plans / P. Cash, W. Krzewick, P. Machado, K. Overstreet, M. Silveira, M. Stanczyk, D. Taylor, X. Zhang // European Frequency and Time Forum (EFTF). - 2018. - Turin. - P. 65-71.
2. Kitching, J. Miniature vapor-cell atomic-frequency references / J. Kitching, S. Knappe, L. Hollberg // Appl. Phys. Lett. - 2002. - V. 81. - P. 553-555.
3. Khripunov, S. Atomic clock based on a coherent population trapping resonance in 87Rb with improved high-frequency modulation parameters / S. Khripunov, D. Radnatarov, S. Kobtsev // Proc. SPIE. - 2015. - V. 9378. - 93780A.
4. Affolderbach, C. Experimental demonstration of a compact and high-performance laser-pumped rubidium gas cell atomic frequency standard / C. Affolderbach, F. Droz, G. Mileti // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2006. - V. 55. - №2. - P. 429-435.
При этом абсолютная частота и нестабильность выходного сигнала КПН-часов при различных временах наблюдения измеряется с помощью частотного компаратора относительно образцового стандарта частоты. По этим измерениям делается вывод о пригодности испытываемых компонентов дискриминатора.
Данный подход имеет следующие недостатки:
1. Измеряемые частотным компаратором абсолютное значение и нестабильность частоты, по которой делается вывод о пригодности испытываемых компонентов дискриминатора, зависит не только от свойств испытываемых компонентов, но и от параметров других компонентов КПН-часов.
2. Измеряя только итоговые характеристики КПН-часов с испытываемыми компонентами, невозможно определять значения их отдельных технологических параметров.
3. Схема требует применения дорогостоящего частотного компаратора.
Техническим результатом, получаемым от внедрения полезной модели, является повышение точности и информативности испытаний компонентов дискриминатора стандарта частоты на основе эффекта КПН и уменьшение стоимости испытательной установки.
Данный технический результат достигается за счет включения в состав стенда схемы стабилизации температуры лазера с вертикальным резонатором (ЛВР), управляемого источника тока для ЛВР, СВЧ-синтезатора с опорой от внешнего сигнала, АЦП для оцифровки сигнала с фотоприемника, схемы управляемого генератора тока катушки ячейки дискриминатора с парами щелочного металла и схемы термостабилизации ячейки, связанных с микроконтроллером, оснащенным интерфейсом к внешнему персональному компьютеру, и им управляемых. Стенд устанавливает рабочие параметры компонентов дискриминатора - температуру и постоянный тока (ЛВР), ток катушки и температуру ячейки дискриминатора с парами щелочного металла, формирует опросный сигнал СВЧ-генератором с опорой от образцового стандарта частоты и обрабатывает сигнал от фотоприемника дискриминатора с испытываемыми компонентами.
Схема полезной модели показана на Фиг. 1.
Устройство (1) состоит из: СВЧ-синтезатора с опорой от внешнего сигнала (2), схемы стабилизации температуры ЛВР (3), управляемого источника тока для ЛВР (4), схемы управляемого генератора тока катушки ячейки дискриминатора с парами щелочного металла (7), схемы термостабилизации ячейки (8), АЦП для оцифровки сигнала с фотоприемника дискриминатора (9). Все схемы связаны с микроконтроллером (5), оснащенным интерфейсом к внешнему персональному компьютеру (ПК) (10), и им управляются. К стенду подключаются дискриминатор с испытываемыми компонентами (6), образцовый стандарт частоты (12) и ПК (11).
Устройство работает следующим образом: схемы стабилизации температуры ЛВР (3), управляемый источник тока для ЛВР (4), схемы управляемого генератора тока катушки (7) и термостабилизации ячейки дискриминатора (8) устанавливают рабочий режим дискриминатора с испытываемыми компонентами (6). Перестраивая частоту СВЧ-синтезатора (2) и обрабатывая сигнал от АЦП (9), управляющая программа стенда, выполняемая на ПК (11) определяет требуемые параметры компонентов дискриминатора.
Преимущества предложенной полезной модели по сравнению с прототипом:
1. Минимизация влияния на процесс испытания компонентов дискриминатора параметров испытательного стенда.
2. Возможность исследования отдельных параметров компонентов дискриминатора в различных режимах.
3. Существенное удешевление схемы за счет отсутствия в ней дорогостоящего частотного компаратора.
Устройство было изготовлено и опробовано на работоспособность.