玻爾茲曼常量的定值和溫度基本單位開(kāi)爾文的重新定義將使國(guó)際協(xié)議溫標(biāo)向熱力學(xué)溫標(biāo)融合過(guò)渡�；阡C原子直接吸收光譜的多普勒展寬測(cè)溫可實(shí)現(xiàn)實(shí)用、芯片級(jí)熱力學(xué)溫度測(cè)量,其實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn)證依賴(lài)高準(zhǔn)確度的控溫環(huán)境。該文搭建面向室溫驗(yàn)證范圍的恒溫腔體,利用制冷循環(huán)水浴提供基礎(chǔ)溫度,使用自研PID程序調(diào)控比例-積分控制參數(shù),輸出電壓動(dòng)態(tài)改變加熱功率,采用接觸電加熱方式實(shí)現(xiàn)精確溫度調(diào)節(jié)與穩(wěn)定。結(jié)果表明:在25℃實(shí)驗(yàn)條件下,該系統(tǒng)溫度均勻性小于8 mK,12 h內(nèi)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于0.2 mK,整體控溫標(biāo)準(zhǔn)不確定度11.02 mK（k=1）。研究為實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)、在線免校準(zhǔn)的熱力學(xué)溫度傳感器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證奠定一定的基礎(chǔ)。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)測(cè)試. 2020,46(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

控溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院根據(jù)如圖1所示實(shí)驗(yàn)原理圖，從2017年開(kāi)展基于原子直接吸收光譜的DBT研究，已實(shí)現(xiàn)室溫范圍內(nèi)的測(cè)量準(zhǔn)確性及重復(fù)性均達(dá)到0.2%[14-15]。系統(tǒng)采用外腔掃描式激光器Newfocus TLB6718輸出連續(xù)可調(diào)激光光束，輸出光連接兩個(gè)9:1保偏光纖分束器。第二個(gè)分束器中10%部分輸入高精度波長(zhǎng)計(jì)Topical WSU-10IR1，利用自研閉環(huán)控制程序?qū)崟r(shí)獲取波長(zhǎng)計(jì)監(jiān)測(cè)頻率，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡NI USB-6361輸出電壓控制外腔壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)頻率鎖定與掃描。分束器另一端連接衰減器后進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直光束通過(guò)振幅型聲光調(diào)制器AAOptoelectronic MT110-A1.5-IR后保留一級(jí)衍射光。一級(jí)光通過(guò)偏振分束器分束后，一路分光轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入比例-積分控制器Newfocus LB1005，與內(nèi)部參考電壓比較、作差、放大、濾波，實(shí)現(xiàn)激光功率穩(wěn)定。另一路分光用于探測(cè)溫度。實(shí)驗(yàn)中吸收介質(zhì)所處環(huán)境的溫度穩(wěn)定性將直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此將銫原子氣室置于恒溫腔中心的均溫銅柱中。利用直接吸收光譜法將探測(cè)激光單次或多次通過(guò)銫原子蒸汽，在被測(cè)粒子兩個(gè)量子態(tài)轉(zhuǎn)換頻率周?chē)恼瓗Ч庾V區(qū)域內(nèi)調(diào)諧掃描激光頻率，獲取光束通過(guò)特征粒子的幅值衰減，該特性由朗伯-比爾定律表征。粒子在熱平衡狀態(tài)下速度分布呈高斯分布，其一維速度分布導(dǎo)致吸收譜線展寬，即多普勒展寬。其半高全寬寬度與熱力學(xué)溫度存在如下關(guān)系：

根據(jù)研究目的和尺寸需求設(shè)計(jì)了恒溫腔結(jié)構(gòu)，如圖2所示。最外層加熱鋁腔長(zhǎng)380 mm、內(nèi)直徑180 mm、外直徑210 mm。鋁腔兩側(cè)將特制的光學(xué)玻璃通過(guò)壓接形式裝在中心位置，用于在光路系統(tǒng)中通過(guò)探測(cè)激光。均溫銅柱直徑75 mm、長(zhǎng)150 mm，其中間打通2個(gè)直徑為24 mm的圓柱孔，用于放置銫原子吸收氣室。均溫銅柱上設(shè)計(jì)有2個(gè)測(cè)溫插孔，插入直徑3.5 mm、長(zhǎng)35 mm的已標(biāo)定的Pt100溫度傳感器。其中94 mm深的插孔位于正中心，用于溫度控制與測(cè)量。38 mm深的插孔位于徑向最大距離處，用于溫度測(cè)量。為防止銫原子在外磁場(chǎng)中發(fā)生塞曼分裂現(xiàn)象，在恒溫腔中預(yù)留了3層坡莫合金磁屏蔽筒，每層磁屏蔽筒厚1 mm，采用聚四氟乙烯隔層的方式互相支撐。3 實(shí)驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cesium atomic Doppler broadening thermometry for room temperature measurement[J]. 潘奕捷,廖文漢,王賀,姚燕,蔡晉輝,屈繼峰.  Chinese Optics Letters. 2019(06)
[2]基于自然常數(shù)的國(guó)際單位制重新定義[J]. 原遵東.  中國(guó)科技術(shù)語(yǔ). 2019(03)
[3]國(guó)際計(jì)量開(kāi)啟新紀(jì)元:基本單位的量子化定義[J]. 段宇寧,吳金杰.  自動(dòng)化儀表. 2019(04)
[4]基于銫133原子D1線直接吸收光譜的多普勒展寬熱力學(xué)溫度測(cè)量[J]. 廖文漢,潘奕捷,王賀,武夢(mèng)萱,冉潔,姚燕,屈繼峰.  光學(xué)技術(shù). 2019(01)
[5]國(guó)際計(jì)量委員會(huì)委員段宇寧談國(guó)際單位制的重新定義[J]. 段宇寧,吳金杰.  中國(guó)計(jì)量. 2018(05)
[6]工業(yè)鉑熱電阻檢定不確定度評(píng)定分析[J]. 顏烺.  儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量. 2018(01)
[7]標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定[J]. 吳勤.  計(jì)量與測(cè)試技術(shù). 2013(11)



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