發(fā)布時(shí)間：2017-07-25 20:16

  本文關(guān)鍵詞：氫原子鐘諧振腔超高穩(wěn)定溫度控制系統(tǒng)

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【摘要】：氫原子鐘作為一種高精度的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn),因其較好的短期和長期頻率穩(wěn)定度而被廣泛的應(yīng)用在需要高精度時(shí)頻信號(hào)的領(lǐng)域。然而,由于腔牽引效應(yīng)等因素的影響,氫原子鐘諧振腔的溫度變化是影響其輸出頻率穩(wěn)定度的重要因素,因此,為諧振腔提供一個(gè)良好的恒溫環(huán)境是保證氫原子鐘穩(wěn)定度的手段之一。氫原子鐘諧振腔超高穩(wěn)定溫度控制系統(tǒng)的硬件以MSC1210Y5單片機(jī)作為控制核心,并設(shè)計(jì)包括測(cè)溫電路模塊、PWM輸出模塊、加熱模塊、數(shù)據(jù)通信模塊以及電源模塊的外圍電路,控制算法選用位置式PID控制,另外,設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件,用于數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)以及復(fù)現(xiàn)等。本文介紹了國內(nèi)外氫原子鐘和氫原子鐘諧振腔溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r,分析了因溫度而影響氫原子鐘輸出頻率的各個(gè)因素,并通過實(shí)驗(yàn)得到了諧振腔諧振頻率的溫度系數(shù),從而確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。繼而,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)。最后介紹系統(tǒng)的搭建,并在完成系統(tǒng)的搭建之后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析,系統(tǒng)中兩個(gè)控制段區(qū)的溫度控制穩(wěn)定度優(yōu)于士5×10-4℃,達(dá)到了系統(tǒng)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：氫原子鐘 溫度控制 MSC1210Y5 PID控制
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM935.115
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 氫原子鐘的發(fā)展、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀8-9
• 1.2 國外的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.4 氫原子鐘的基本理論及工作原理12-14
• 1.4.1 氫原子鐘的基本理論12-13
• 1.4.2 氫原子鐘的工作原理13-14
• 1.5 論文主要內(nèi)容和章節(jié)安排14-16
• 第二章 溫度對(duì)原子鐘輸出穩(wěn)定度的影響分析16-20
• 2.1 諧振腔溫度對(duì)輸出頻率的影響因素16-17
• 2.1.1 腔牽引16-17
• 2.1.2 二級(jí)多普勒效應(yīng)17
• 2.1.3 泡壁頻移17
• 2.2 諧振腔溫度控制系統(tǒng)的國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r17-18
• 2.3 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)20-34
• 3.1 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)20
• 3.2 溫度數(shù)據(jù)采集模塊20-25
• 3.2.1 測(cè)溫元件的選擇21-24
• 3.2.2 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)24
• 3.2.3 熱敏電阻自熱效應(yīng)的影響24-25
• 3.3 主控制芯片及AD轉(zhuǎn)換模塊25-27
• 3.3.1 主控制芯片的選型26-27
• 3.3.2 主控制芯片的最小系統(tǒng)電路27
• 3.4 PWM輸出模塊27-30
• 3.4.1 PWM輸出電路28-29
• 3.4.2 功率驅(qū)動(dòng)電路29-30
• 3.5 加熱模塊30-31
• 3.6 數(shù)據(jù)通信模塊31-32
• 3.7 電源模塊32
• 3.8 系統(tǒng)實(shí)物32
• 3.9 本章小結(jié)32-34
• 第四章 控制算法34-38
• 4.1 PID控制算法34-35
• 4.2 數(shù)字PID控制算法35-36
• 4.3 控制算法確定36-37
• 4.3.1 采樣周期的確定36
• 4.3.2 控制方案的確定36-37
• 4.3.3 控制參數(shù)的確定37
• 4.4 本章小結(jié)37-38
• 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)38-48
• 5.1 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)38
• 5.2 控制芯片系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)38-46
• 5.2.1 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)38-41
• 5.2.2 數(shù)據(jù)采集及處理程序設(shè)計(jì)41-43
• 5.2.3 PWM控制模塊程序設(shè)計(jì)43-45
• 5.2.4 串口通信模塊程序設(shè)計(jì)45-46
• 5.3 上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)46-47
• 5.3.1 LabVIEW程序開發(fā)環(huán)境的介紹46
• 5.3.2 監(jiān)測(cè)軟件界面設(shè)計(jì)46
• 5.3.3 監(jiān)測(cè)軟件功能設(shè)計(jì)46-47
• 5.4 本章小結(jié)47-48
• 第六章 系統(tǒng)搭建及數(shù)據(jù)分析48-54
• 6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建48-49
• 6.1.1 硬件安裝與連接48-49
• 6.1.2 控制方案參數(shù)的整定49
• 6.1.3 上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件的調(diào)試49
• 6.2 測(cè)試數(shù)據(jù)的分析49-53
• 6.3 本章小結(jié)53-54
• 第七章 總結(jié)和展望54-56
• 7.1 總結(jié)54
• 7.2 展望54-56
• 致謝56-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文60

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本文編號(hào)：573074