CN111076543A - 空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置 - Google Patents

Abstract

一种空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置,真空电极通过法兰与加热装置电连接,加热装置外部设置有真空腔，真空腔与离子泵、准直腔体、角阀相连接；加热装置中将加热丝裸线通过可加工陶瓷均匀布置并安装在与准直器连接的钳锅周围，在钳锅底部预留热电偶安装孔，热电偶和加热丝通过法兰集成的电极与外部温控连接，整个钳锅布置在绝热底座和隔热罩中，通过通用螺栓与法兰的的支撑柱连接，法兰与和真空腔通过螺栓连接，本装置具有真空内置，体积小，保温性能好，能耗小，拆装方便等优点，可推广应用到量子评标技术领域中。

Description

空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置

技术领域

本发明属于量子评标技术领域，具体涉及到一种放置在真空中制备锶原子的装置。

背景技术

原子光钟应空间导航等发展需求研究探索原子钟的集成化，小型化，工程化。

国家授时中心于2006年开始锶冷原子光晶格钟研制工作，目前已完成锶冷原子样品一、二级冷却制备、光晶格装载、钟跃迁探测、闭环锁定和部分关键原子物理参数实验测量，目前正对比照第一套系统对第二套系统进行小型化设计改进，以应对空间导航的发展需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有锶原子制备装置真空外置，保温性能差，体积大，电耗高等技术不足，提供一种真空内置，体积小，保温性能好，能耗小，拆装方便的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置。

解决上述技术问题采用的技术方案是：真空电极通过法兰与加热装置电连接,加热装置外部设置有真空腔，真空腔与离子泵、准直腔体、角阀相连接；

法兰为：法兰本体两端均加工有热传导绝热槽，法兰本体右端的热传导绝热槽端面上均布设置有至少组支撑架，支撑架右端加工有内螺纹，法兰本体的中心位置加工有电极通孔，真空电极通过电极通孔穿过法兰；

加热装置为：绝热底座和隔热中板通过通用螺栓相连接，通用螺栓左端与支撑架右端螺纹连接，钳锅的左端与隔热中板相连接，钳锅与隔热中板之间设置有热电偶，热电偶与真空电极电连接，钳锅右端与准直器相连接，钳锅外部套设有加热套，加热套上设置有加热丝，加热丝与真空电极电连接，加热套外部套设有隔热罩，隔热罩的左端与隔热底板的右端相连接。

本发明的钳锅为：钳锅本体是右端开口且加工有内螺纹、左端封闭的空心圆柱形结构，钳锅本体左端中心位置加工有热电偶安装孔，钳锅本体左端面上均布设置有至少2个螺柱。

本发明的隔热中板为：隔热中板本体左右两端均加工有与隔热中板本体同心的中板绝热凹槽j，隔热中板本体中心位置加工有中板热电偶过线孔，中板绝热凹槽端面上均布加工有至少2个螺柱孔，螺柱的自由端穿过螺柱孔并由自锁螺母固定，隔热中板本体端面上加工有至少2个中板通用螺栓孔，隔热中板本体端面加工有中板加热丝过线孔。

本发明的绝热底座为：绝热底座本体为左右两端不同径的台阶型圆板，右端圆板外圆周上加工有外螺纹，绝热底座本体的两端加工有与绝热底座本体同心的底座绝热凹槽，绝热底座本体的中心位置加工有底座热电偶过线孔，绝热底座本体外侧端面上均布加工有至少2个底座通用螺栓过孔，绝热底座本体端面上加工有底座加热丝过线孔。

本发明的准直器为：准直器本体右端面加工有安装孔、左端加工有与钳锅右端内螺纹相匹配的外螺纹，安装孔上部为矩形、下部为正三角形的通孔，安装孔上部安装有无氧铜压块、下部安装有毛细管，准直器本体外圆周上与安装孔矩形部分对应加工有螺纹孔，螺纹孔内安装有内六角平头紧定螺钉。

本发明的加热套为：加热套本体为中空管状结构，管壁上轴向加工有若干加热丝穿线孔。

本发明的隔热罩为：不锈钢外罩套设与陶瓷内罩上，不锈钢外罩的左端与连接罩相连接、右端加工有原子喷射孔，连接罩的左端加工有与绝热底座外圆周上的外螺纹相匹配的内螺纹，连接罩外圆周上加工有通气孔。

本发明的通用螺栓上设置有绝热衬套，钳锅本体与隔热中板之间的螺柱上设置有绝热衬套。

本发明的绝热衬套为右端直径小于左端直径的台阶型中空圆柱结构。

本发明的支撑架周向加工有热传导绝热孔，支撑架自由端内螺纹处径向加工有螺栓锁紧孔。

本发明相比于现有技术具有以下优点：

1、将大功率铠装电热管改成真空下性能更好的加热丝裸线，能耗从高于300W降低到3W以下。

2、可加工陶瓷加热套，使得裸线均匀的分布在钳锅周围，现铠装手工缠绕加热丝，不仅不均匀而且无法使得准直器更好的被加热，增加了毛细管堵塞的风险。加热单元通过加工有降低导热效率的支撑柱整体布置在真空腔中，整体集成到法兰电极上首先缩小了体积，其次增加了保温性能，最后因为体积、质量的变小提升了整体的力学性能。

3、在隔热罩内添加了可加工陶瓷内罩并提高罩子外表面粗糙度，进一步降低热辐射的传导效率，提升炉子的整体保温性能。

4、在隔热中板、绝热底座上设置双面绝热凹槽，连接隔热中板、绝热底座的通用螺栓上设置绝热衬套，钳锅上均布设置有螺柱并在螺柱上设置绝热衬套，支撑柱上设置热传导绝热孔以降低热传导的效率，提升炉子整体的保温性能，通过绝热底座与法兰连接的隔热罩温度达到人体正常接受温度，比石棉、锡纸包裹的保温形式更加安全。

本装置能耗低，加热充分，保温能力好，体积小，力学性能突出，安全，拆装更换简单。可推广应用到量子评标技术领域。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的爆炸示意图。

图3是图1中真空电极1、法兰2与加热装置3的连接示意图。

图4是图3的爆炸示意图。

图5是图4中法兰2与真空电极1的连接示意图。

图6是图4中钳锅3-5的结构示意图。

图7是图6的剖视图。

图8是图4中隔热中板3-9的结构示意图。

图9是图4中绝热底座3-11的结构示意图。

图10是图4中准直器3-2的结构示意图。

图11是图4中加热套3-3的结构示意图。

图12是图4中隔热罩3-1的结构示意图。

图13是图4中绝热衬套3-7的结构示意图。

图中：1、真空腔；2、法兰；3、加热单元；4、离子泵；5、真空腔；6、角阀；7、准直腔体；2-1、支撑架；2-2、法兰本体；3-1、隔热罩；3-2、准直器；3-3、加热套；3-4、加热丝；3-5、钳锅；3-6、热电偶；3-7、绝热衬套；3-8、通用螺栓；3-9、隔热中板；3-10、自锁螺母；3-11、绝热底座；3-1-1、连接罩；3-1-2、陶瓷内罩；3-1-3、不锈钢外罩；3-2-1、准直器本体；3-2-2、无氧铜压块；3-2-3、毛细管；3-2-4、内六角平头紧定螺钉；3-3-1、加热套本体；3-5-1、钳锅本体；3-5-2、螺柱；3-9-1、隔热中板本体；3-11-1、绝热底座本体；a、热传导绝热槽；b、电极通孔；c、热传导绝热孔；d、螺栓锁紧孔；e、热电偶安装孔；f、中板热电偶过线孔；g、中板加热丝过线孔；h、螺柱孔；i、螺栓孔；j、中板绝热凹槽；k、底座绝热凹槽；m、底座加热丝过线孔；n、底座热电偶过线孔；o、安装孔；p、螺纹孔；q、加热丝穿线孔；x、通气孔；y、原子喷射孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2、3、5中，本发明涉及的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置,真空电极1位于法兰2右端并通过法兰2与加热装置3相连接，法兰2与罩在加热装置3外部的真空腔5相连接，真空腔5为本装置提供一个真空环境，真空腔5的第一出口通过螺纹紧固连接件连接安装有离子泵4，离子泵4用于维持超高真空，真空腔5的第二出口通过螺纹连接紧固件连接安装有准直腔体7，外部打入的正交的二维光束在准直腔体7内将加热单元3制备出的原子束进行整形，真空腔5的第三出口通过螺纹连接紧固件固定连接安装有角阀6，角阀6用于制备真空，当离子泵进入维持阶段后，角阀会被关闭，本实施例的法兰2由支撑架2-1、法兰本体2-2组成，法兰本体2-2两端均加工有热传导绝热槽a，热传导绝热槽a形成空腔，能更好的阻止热量传递，法兰本体2-2右端的热传导绝热槽a端面上均布加工有至少2组支撑架2-1，支撑架2-1右端加工有内螺纹，法兰本体2-2的中心位置加工有电极通孔b，真空电极1通过电极通孔b穿过法兰2；进一步地，支撑架2-1周向加工有热传导绝热孔c，热传导绝热孔c减少加热单元向的电极法兰传热,支撑架2-1自由端内螺纹处径向加工有螺栓锁紧孔d。

在图4、8、9、13中，加热装置3由隔热罩3-1、准直器3-2、加热套3-3、加热丝3-4、钳锅3-5、热电偶3-6、绝热衬套3-7、通用螺栓3-8、隔热中板3-9、自锁螺母3-10、绝热底座3-11连接构成，本实施例的隔热中板3-9由隔热中板本体3-9-1组成，隔热中板本体3-9-1左右两端均加工有与隔热中板本体3-9-1同心的中板绝热凹槽j，中板绝热凹槽j形成空腔，能更好的阻止热量传递，隔热中板本体3-9-1中心位置加工有中板热电偶过线孔f，中板绝热凹槽j端面上均布加工有3个螺柱孔h，隔热中板本体3-9-1端面上加工有3个中板通用螺栓孔i，隔热中板本体3-9-1端面加工有中板加热丝过线孔g。绝热底座3-11由绝热底座本体3-11-1构成，绝热底座本体3-11-1为左右两端不同径的台阶型圆板，右端圆板外圆周上加工有外螺纹，绝热底座本体3-11-1的两端加工有与绝热底座本体3-11-1同心的底座绝热凹槽k，底座绝热凹槽k形成空腔，能更好的阻止热量传递，绝热底座本体3-11-1的中心位置加工有底座热电偶过线孔n，绝热底座本体3-11-1外侧端面上均布加工有3个底座通用螺栓过孔l，绝热底座本体3-11-1端面上加工有底座加热丝过线孔m，底座加热丝过线孔m与中板加热丝过线孔g相适应，底座通用螺栓过孔l与中板通用螺栓孔i相适应，通用螺栓3-8穿过底座通用螺栓过孔l与中板通用螺栓孔i将隔热中板3-9和隔热底座3-11相连接，进一步地，为了阻止热传导，所述的通用螺栓3-8上安装有绝热衬套3-7，绝热衬套3-7为右端直径小于左端直径的台阶型中空圆柱结构，绝热衬套3-7由可加工陶瓷制作。本实施例中，通用螺栓3-8上隔热中板3-9和绝热底座3-11两端均安装有1个绝热衬套3-7，通用螺栓3-8左端与支撑架2-1右端螺纹连接，螺栓锁紧孔d内设置内六角锁紧螺钉，横向卡死通用螺栓3-8，防止脱落，隔热中板3-9与钳锅3-5左端相连接，钳锅3-5内装填锶原子或者其他碱土金属。

在图6、7中，钳锅3-5由钳锅本体3-5-1、螺柱3-5-2连接构成，钳锅本体3-5-1是右端开口且加工有内螺纹，、左端封闭的空心圆柱形结构，钳锅本体3-5-1左端中心位置加工有热电偶安装孔e，热电偶3-6安装于热电偶安装孔e内，热电偶3-6通过穿过中板热电偶过线孔f、底座热电偶过线孔n的电线与真空电极1电连接，钳锅本体3-5-1左端面上均布焊接有3个螺柱3-5-2，螺柱3-5-2的自由端穿过螺柱孔h并由自锁螺母3-10固定，钳锅本体3-5-1与隔热中板3-9之间的螺柱3-5-2上安装有绝热衬套3-7，钳锅3-5右端与准直器3-2相连接。

在图10中，准直器3-2由准直器本体3-2-1、无氧铜压块3-2-2、毛细管3-2-3、内六角平头紧定螺钉3-2-4连接构成，准直器本体3-2-1右端面加工有安装孔o、左端加工有与钳锅3-5-1右端内螺纹相匹配的外螺纹，安装孔o上部为矩形、下部为正三角形的通孔，安装孔o上部安装有无氧铜压块3-2-2、下部安装有毛细管3-2-3，准直器本体3-2-1外圆周上与安装孔o矩形部分对应加工有螺纹孔p，螺纹孔p内安装有内六角平头紧定螺钉3-2-4，内六角平头紧定螺钉3-2-4通过无氧铜压块3-2-2压紧毛细管3-2-3，钳锅3-5外部套设有加热套3-3。

在图11中，加热套3-3由加热套本体3-3-1构成，加热套本体3-3-1为中空管状结构，因为加热丝3-6为裸线，所以加热套本体3-3-1由陶瓷制作，管壁上轴向加工有若干加热丝穿线孔q，加热丝3-4首端从第一个加热丝穿线孔q穿入，绕过所有加热丝穿线孔q，从最后一个加热丝穿线孔q穿出，加热丝3-4的首端和末端分别通过穿过中板加热丝过线孔g、底座加热丝过线孔m的电线与真空电极1电连接，加热套3-3外部套设有隔热罩3-1。

在图12中，隔热罩3-1由连接罩3-1-1、陶瓷内罩3-1-2、不锈钢外罩3-1-3连接构成，不锈钢外罩3-1-3套设与陶瓷内罩3-1-2上，不锈钢外罩3-1-3的左端与连接罩3-1-1焊接固定、右端加工有原子喷射孔y，连接罩3-1-1的左端加工有与绝热底座3-11外圆周上的外螺纹相匹配的内螺纹，隔热罩3-1的左端与隔热底板3-11的右端螺纹连接，连接罩3-1-1外圆周上加工有通气孔x，加快绝热罩3-1内外零部件所释放气体被离子泵吸附的速度。

实施例2

在本实施例中，上述实施例1中的中板绝热凹槽j端面上均布加工有4个螺柱孔h，隔热中板本体3-9-1端面上加工有4个中板通用螺栓孔i，绝热底座本体3-11-1外侧端面上均布加工有4个底座通用螺栓过孔l，钳锅本体3-5-1左端面上均布焊接有4个螺柱3-5-2，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左端”、“右端”、“内部”、“首端”、“末端”、“底部”等等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。上文的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置,其特征在于：真空电极(1)通过法兰(2)与加热装置(3)电连接,加热装置(3)外部设置有真空腔(5)，真空腔(5)与离子泵(4)、准直腔体(7)、角阀(6)相连接；

法兰(2)为：法兰本体(2-2)两端均加工有热传导绝热槽(a)，法兰本体(2-2)右端的热传导绝热槽(a)端面上均布设置有至少2组支撑架(2-1)，支撑架(2-1)右端加工有内螺纹，法兰本体(2-2)的中心位置加工有电极通孔(b)，真空电极(1)通过电极通孔(b)穿过法兰(2)；

加热装置(3)为：绝热底座(3-11)和隔热中板(3-9)通过通用螺栓(3-8)相连接，通用螺栓(3-8)左端与支撑架(2-1)右端螺纹连接，钳锅(3-5)的左端与隔热中板(3-9)相连接，钳锅(3-5)与隔热中板(3-9)之间设置有热电偶(3-6)，热电偶(3-6)与真空电极(1)电连接，钳锅(3-5)右端与准直器(3-2)相连接，钳锅(3-5)外部套设有加热套(3-3)，加热套(3-3)上设置有加热丝(3-4)，加热丝(3-4)与真空电极(1)电连接，加热套(3-3)外部套设有隔热罩(3-1)，隔热罩(3-1)的左端与隔热底板(3-11)的右端相连接。

2.根据权利要求1所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于所述的钳锅(3-5)为：钳锅本体(3-5-1)是右端开口且加工有内螺纹、左端封闭的空心圆柱形结构，钳锅本体(3-5-1)左端中心位置加工有热电偶安装孔(e)，钳锅本体(3-5-1)左端面上均布设置有至少2个螺柱(3-5-2)。

3.根据权利要求2所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于所述的隔热中板(3-9)为：隔热中板本体(3-9-1)左右两端均加工有与隔热中板本体(3-9-1)同心的中板绝热凹槽(j)，隔热中板本体(3-9-1)中心位置加工有中板热电偶过线孔(f)，中板绝热凹槽(j)端面上均布加工有至少2个螺柱孔(h)，螺柱(3-5-2)的自由端穿过螺柱孔(h)并由自锁螺母(3-10)固定，隔热中板本体(3-9-1)端面上加工有至少2个中板通用螺栓孔(i)，隔热中板本体(3-9-1)端面加工有中板加热丝过线孔(g)。

4.根据权利要求3所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于所述的绝热底座(3-11)为：绝热底座本体(3-11-1)为左右两端不同径的台阶型圆板，右端圆板外圆周上加工有外螺纹，绝热底座本体(3-11-1)的两端加工有与绝热底座本体(3-11-1)同心的底座绝热凹槽(k)，绝热底座本体(3-11-1)的中心位置加工有底座热电偶过线孔(n)，绝热底座本体(3-11-1)外侧端面上均布加工有至少2个底座通用螺栓过孔(l)，绝热底座本体(3-11-1)端面上加工有底座加热丝过线孔(m)。

5.根据权利要求2所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于所述的准直器(3-2)为：准直器本体(3-2-1)右端面加工有安装孔(o)、左端加工有与钳锅(3-5-1)右端内螺纹相匹配的外螺纹，安装孔(o)上部为矩形、下部为正三角形的通孔，安装孔(o)上部安装有无氧铜压块(3-2-2)、下部安装有毛细管(3-2-3)，准直器本体(3-2-1)外圆周上与安装孔(o)矩形部分对应加工有螺纹孔(p)，螺纹孔(p)内安装有内六角平头紧定螺钉(3-2-4)。

6.根据权利要求2所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于所述的加热套(3-3)为：加热套本体(3-3-1)为中空管状结构，管壁上轴向加工有若干加热丝穿线孔(q)。

7.根据权利要求4所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于所述的隔热罩(3-1)为：不锈钢外罩(3-1-3)套设与陶瓷内罩(3-1-2)上，不锈钢外罩(3-1-3)的左端与连接罩(3-1-1)相连接、右端加工有原子喷射孔(y)，连接罩(3-1-1)的左端加工有与绝热底座(3-11)外圆周上的外螺纹相匹配的内螺纹，连接罩(3-1-1)外圆周上加工有通气孔(x)。

8.根据权利要求3所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于：所述的通用螺栓(3-8)上设置有绝热衬套(3-7)，钳锅本体(3-5-1)与隔热中板(3-9)之间的螺柱(3-5-2)上设置有绝热衬套(3-7)。

9.根据权利要求8所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于：所述的绝热衬套(3-7)为右端直径小于左端直径的台阶型中空圆柱结构。

10.根据权利要求1所述的空间锶光钟真空内置高温蒸发源装置，其特征在于：所述的支撑架(2-1)周向加工有热传导绝热孔(c)，支撑架(2-1)自由端内螺纹处径向加工有螺栓锁紧孔(d)。

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