一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法

摘要

本发明公开了一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法，基于对铯原子钟长期运行数据的分析得出了铯原子钟电子倍增器工作电压的变化规律，依此规律分析计算得到新研制铯原子钟电子倍增器的使用寿命，填补了电子倍增器使用寿命预测方法的空白，预测偏差小于10％，并可可直接推断铯原子钟的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，具体涉及一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法。

背景技术

高精度铯磁选态原子钟是精密时间频率系统的重要组成部分，广泛应用于通信、导航定位、守时、计量和精确打击等领域。相比较铷原子钟、氢原子钟，磁选态铯原子钟具有长期稳定度好、漂移率小的特点。在铯原子钟中经过磁选态后的铯离子束流强度特别微弱，仅为5×10-12安培，这样微小的电流信号根本无法用来进行信号辨识，也无法进行频率鉴别，只有将其放大到约5×10-8安培左右才利于信号辨识和频率鉴别，同时要求放大后的信号与原信号之间的时间间隔要短，即时间响应要快，电子倍增器的作用即用以实现上述目的。

电子倍增器放大铯离子信号的原理是基于二次电子发射的电子倍增效应。采用9打拿级结构，利用镀制在打拿极内表面的MgO二次电子发射薄膜产生增益电子，将入射的微弱铯离子信号逐级放大。在使用过程中，电子倍增器打拿级除发射电子外，首打拿级会受到高能铯离子的不断轰击，轰击能量高达2000eV，而后几级打拿级会受到增益电流的不断轰击，轰击作用随着级数的增大而增强，轰击能量约300eV，束流约50nA。在高能铯离子与大束流增益电子束的不断轰击下，电子倍增器的增益电流逐渐减小。为稳定增益电流(铯原子钟锁频信号)，需要不断提高加载在电子倍增器上的负高压，提高二次电子发射薄膜的发射系数。然而加载在电子倍增器上的负高压存在极限值，极限值达到，则电子倍增器失效。由于电子倍增器无法更换，电子倍增器失效意味着铯原子钟寿命结束，因此电子倍增器是影响磁选态铯原子钟使用寿命的关键器件。

使用寿命指标是铯原子钟产品非常关键的技术指标，预测铯原子钟使用寿命对于预判铯原子钟运行情况十分重要。除电子倍增器外，影响铯原子钟使用寿命的主要因素还有铯炉充铯量与铯束管真空度。通过在铯炉中充足量的铯，以及通过钛泵抽气维持铯束管真空度，目前铯原子钟使用寿命在铯炉充铯量与铯束管真空度方面已经不存在问题。由于研制难度很大，目前电子倍增器依然存在衰减速率较快、使用寿命较短的问题，成为影响铯原子钟使用寿命的关键问题，从某种意义上说，电子倍增器的使用寿命即铯原子钟的使用寿命。实现电子倍增器使用寿命预测可直接推断铯原子钟的使用寿命，然而目前没有相应的方法对于电子倍增器使用寿命进行预测，也无法对铯原子钟使用寿命进行预判。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法，能够实现铯原子钟电子倍增器使用寿命的精确预测。

本发明提供的一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法，用于铯束管真空度大于1×10

选取所述铯原子钟电子倍增器的工作电压处于下降阶段的数据作为测试数据；对由所述测试数据形成的图进行拟合得到线性方程数学表达式：U＝aT+b，其中，U为所述铯原子钟电子倍增器的工作电压，T为测试时间，b为方程的参数，单位测量时间的平均电压的增幅a；

计算所述电子倍增器的工作电压值U

进一步地，所述测试数据的时间跨度不少于1个月。

进一步地，所述单位测量时间为天。

进一步地，所述电子倍增器的截止工作电压值U

进一步地，所述电子倍增器的输出电流为50nA。

进一步地，所述测试数据的记录时间间隔不大于2h。

有益效果：

本发明基于对铯原子钟长期运行数据的分析得出了铯原子钟电子倍增器工作电压的变化规律，依此规律分析计算得到新研制铯原子钟电子倍增器的使用寿命，填补了电子倍增器使用寿命预测方法的空白，预测偏差小于10％，并可可直接推断铯原子钟的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法的流程图。

图2为本发明提供的一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法的电子倍增器工作电压变化图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的基础是基于铯原子钟的长期运行数据得到的铯原子钟电子倍增器的工作规律，即在一定输出电流下，电子倍增器工作电压先下降后上升，上升阶段呈线性变化，变化曲线如图2所示。本发明中分析的铯原子钟为将电子倍增器封装在铯束管中形成的整钟，其工作条件为：铯束管中真空度优于1×10

本发明提供的一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法，流程如图1所示，包括以下步骤：

选取待测铯原子钟电子倍增器工作电压下降阶段的数据进行分析，测试数据时间不少于1个月，将测试数据绘制成图，纵坐标为测试时间T，横坐标为工作电压U，依据测试结果图拟合成变化趋势线，形成线性方程数学表达式：U＝aT+b，得出每天平均电压的增幅a，b为。根据进入到下降阶段的电子倍增器工作电压值U

本发明提供的一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法，针对电子倍增器输出电流为50nA的情况，锁定铯原子钟信号后，输出电流需要稳定输出，偏差需小于±1nA。

获取测试数据过程中，在铯原子钟锁定信号后，开始记录电子倍增器的工作电压变化数据，记录时间间隔不大于2h。

实施例1：

本实施例中，采用本发明提供的一种铯原子钟电子倍增器使用寿命的预测方法，选取进电子倍增器工作电压入下降阶段的数据进行分析，测试数据时间1个月，将测试数据绘制成图，纵坐标为测试时间T，横坐标为工作电压U，依据图拟合成变化趋势线，形成线性方程数学表达式U＝0.00003889T-1254.2，得出每天平均电压增幅0.56伏/天。依据进入到下降阶段的电子倍增器工作电压值U

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。