真空原子气室制作方法及使用其的装置与流程

1.本发明涉及原子气室技术领域，尤其涉及一种真空原子气室制作方法及使用其的装置。


背景技术：

2.核磁共振陀螺及原子磁强计中的原子气室与内部原子构成敏感表头，是其核心部件之一。高性能的磁共振气室内部需充入高纯度无污染的工作气体(如淬灭、缓冲等功能)。随着气室尺寸的减小，内部气体容量随之减小，由玻璃材料释放的杂质气体比例相应升高。为了制作低杂质气体含量的磁共振气室，需要超高真空系统，实现超高真空与正压复合混气工艺，满足he、129xe、131xe、n2、h2等气体的混合，真空度优于10-6
pa；需要对气室零件的清洗、除气及真空预处理进行更严格的控制；同时，为保障充入气体的比例、压力严格满足设计要求，需要对充入的气体进行精密定量；对充入的碱金属进行在线检测及定量控制。现市场上无专门的设备进行原子气室制备，真空管路与高压管路无法兼容，气体与碱金属充入无法精密控制等不足。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种真空原子气室制作方法及使用其的装置，能够解决现有技术中无法对充入的气体进行精密定量的技术问题。
4.根据本发明的一方面，提供了一种真空原子气室制作方法，原子气室制作方法包括：将原子气室本体与玻璃管道相连接，将玻璃管道与真空管道相连接；对玻璃管道和真空管道抽真空，对原子气室本体的漏率进行检测，当原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围时，更换原子气室本体，直至原子气室本体的漏率处于设定漏率阈值范围内；将加热组件和制冷组件设置在玻璃管道上，加热组件位于靠近玻璃管道中碱金属源的一侧，加热组件和制冷组件用于使玻璃管道形成温度梯度；加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移，设定时间后，将碱金属全部转移至原子气室本体内；将原子气室的多个气体充入原子气室本体中，对原子气室本体内的各个气体压力进行检测，当原子气室本体内的各个气体的分压处于设定的气体分压阈值范围内时，完成原子气室的制作；当任一气体的分压不在设定的气体分压阈值范围内时，对任一气体的分压进行调整，直至原子气室内的各个气体的分压均处于设定的气体分压阈值范围内，完成原子气室的制作。
5.进一步地，原子气室内的碱金属包括第一碱金属和第二碱金属，在加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移之前，原子气室制作方法还包括：根据设定的第一碱金属和第二碱金属的密度比确认待充入的两种碱金属的质量比；在加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移之后，原子气室制作方法还包括：构建光强检测回路以检测由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据，基于由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据以及激光光源发出的激光的初始
光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度，根据第一碱金属的密度和第二碱金属的密度计算获取第一碱金属和第二碱金属的密度比；当第一碱金属和第二碱金属的密度比超出设定密度比阈值范围时，继续向原子气室充入第二碱金属，重复上述过程，直至第一碱金属和第二碱金属的密度比处于设定密度比阈值范围；当第一碱金属和第二碱金属的密度比小于设定密度比阈值范围时，继续向原子气室充入第一碱金属，重复上述过程，直至第一碱金属和第二碱金属的密度比处于设定密度比阈值范围。
6.进一步地，构建光强检测回路以检测由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据，基于由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度具体包括：激光光源发出的激光依次经过格兰泰勒和1/2波片后进入偏振分光棱镜分成第一激光和第二激光，第一激光通过原子气室后进入第一光电探测器，第一光电探测器采集获取从原子气室透射出的激光的光强，第二激光经过直角棱镜后进入第二光电探测器，第二光电探测器获取激光光源发出的激光的初始光强；基于从原子气室透射出的激光的光强以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度。
7.进一步地，基于从原子气室透射出的激光的光强以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度具体包括：基于从原子气室透射出的激光的光强以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度，根据计算获取第一碱金属的第一参数a1和第三参数γ1，其中，p
t
(ν1)为从原子气室透射出的第一碱金属激光的光强，p0(ν1)为激光光源所发出的第一碱金属激光的初始光强，v
01
为第一碱金属的吸收点的吸收频率，v1为第一碱金属的光谱吸收频率；根据计算获取第二碱金属的第二参数a2和第四参数γ2，其中，p
t
(ν2)为从原子气室透射出的第二碱金属激光的光强，p0(ν2)为激光光源所发出的第二碱金属激光的初始光强，v
02
为第二碱金属吸收点的吸收频率，v2为第二碱金属的光谱吸收频率，a1、a2、c、γ1和γ2为待拟合的参数；基于第一碱金属的第一参数a1和第三参数γ1，根据a1＝[*]1recf
osc
dcγ1/2计算获取第一碱金属的密度，基于第二碱金属的第二参数a2和第四参数γ2，根据a2＝[*]2recf
osc
dcγ2/2计算获取第二碱金属的密度，其中，re为电子半径，c为光速，f
osc
为常数，f
osc
＝0.324，dc为气室长度，[*]1为第一碱金属的密度，[*]2为第二碱金属的密度。
[0008]
进一步地，根据设定的第一碱金属和第二碱金属的密度比确认待充入的两种碱金属的质量比具体包括：获取第一碱金属的饱和蒸汽密度和第二碱金属的饱和蒸汽密度；根据设定的第一碱金属的密度和第一碱金属的饱和蒸汽密度计算获取第一碱金属的质量，根据设定的第二碱金属的密度和第二碱金属的饱和蒸汽密度计算获取第二碱金属的质量；根据第一碱金属的质量和第二碱金属的质量计算获取两种碱金属的质量比。
[0009]
进一步地，将原子气室的多个气体充入原子气室本体中具体包括：打开第一气源，第一气源内的第一气体进入原子气室本体内，对第一气源内的第一气体压力进行检测，当第一气源内的第一气体压力达到设定第一气体压力时，关闭第一气源；打开第二气源，第二
气源内的第二气体进入原子气室本体内，对第二气源内的第二气体压力进行检测，当第二气源内的第二气体压力达到设定第二气体压力时，关闭第二气源；重复上述过程，依次完成多个气体的充入。
[0010]
进一步地，当任一气体的分压不在设定的气体分压阈值范围内时，对任一气体的分压进行调整，直至原子气室内的各个气体的分压均处于设定的气体分压阈值范围内具体包括：当任一气体的分压小于设定的任一气体分压阈值范围时，打开任一气体的气源，对原子气室内的任一气体进行补气，直至任一气体的分压处于设定的任一气体分压阈值范围内；当任一气体的分压大于设定的任一气体分压阈值范围时，将原子气室内的混合气体抽出设定体积，对原子气室本体内的混合气体的压力重新进行检测，当任一气体的分压小于设定的任一气体分压阈值范围时，打开任一气体的气源，对原子气室内的任一气体进行补气，直至任一气体的分压处于设定的任一气体分压阈值范围内。
[0011]
进一步地，对原子气室本体的漏率进行检测具体包括：将检漏仪与真空管道连接，向原子气室本体的外部喷射漏率检测气体，利用检漏仪检测在真空管道中是否存在漏率检测气体以实现对原子气体本体的漏率检测。
[0012]
进一步地，在对原子气室本体的漏率进行检测之后，原子气室制作方法还包括：加热原子气室本体以去除原子气室本体内的杂质气体。
[0013]
根据本发明的又一方面，提供了一种真空原子气室制作装置，真空原子气室制作装置使用如上所述的真空原子气室制作方法进行制作，原子气室制作装置包括：真空管道、玻璃管道、检漏仪、真空泵组、气体检测装置、气源、真空计、加热组件和制冷组件，真空管道与玻璃管道连接，检漏仪、真空泵组、气体检测装置、气源以及真空计分别与真空管道连接，检漏仪用于对原子气室的漏率进行检测，真空泵组用于对真空管道和玻璃管道进行抽真空，气体检测装置用于对原子气室内部的各个气体压力进行检测，气源用于为原子气室提供气体，真空计用于检测真空管道及玻璃管道内的真空度，加热组件和制冷组件可移动地设置在管路系统上，加热组件位于靠近真空管道中碱金属源的一侧，加热组件和制冷组件用于使管路系统形成温度梯度，加热组件和制冷组件沿管路系统移动以使碱金属沿管路系统实现定向转移。
[0014]
进一步地，真空管道为vcr管路。
[0015]
应用本发明的技术方案，提供了一种真空原子气室制作方法，该原子气室制作方法通过对原子气室本体的漏率进行检测，能够将原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围的质量不合格的原子气室本体进行剔除，提高原子气室的制作质量；设置加热组件和制冷组件，通过加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移，此种方式能够实现碱金属的定向转移，提高碱金属的充入效率；通过对原子气室本体内的各个气体压力进行检测，得到样品气体中的各气体压力组成，并根据样品的分压计算得出工作气体的各组分的压力组成，此种方式能够对原子气室内多种气体成分进行精密定量，最终实现多组分高精度原子气室制作。
附图说明
[0016]
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面
描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的真空原子气室制作装置的结构示意图；
[0018]
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的光强检测光路的结构示意图；
[0019]
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的碱金属定向转移装置的结构示意图。
[0020]
其中，上述附图包括以下附图标记：
[0021]
10、真空管道；20、玻璃管道；30、检漏仪；40、真空泵组；50、气体检测装置；60、气源；70、真空计；80、加热组件；90、制冷组件；100、压力表；110、加热控制单元；120、制冷控制单元；130、玻璃锤；140、碱金属安瓿瓶；150、激光器；160、格兰泰勒；170、1/2波片；180、偏振分光棱镜；190、直接棱镜；200、第一光电探测器；210、第二光电探测器；220、原子气室。
具体实施方式
[0022]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0025]
如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种真空原子气室制作方法，该原子气室制作方法包括：将原子气室本体与玻璃管道相连接，将玻璃管道与真空管道相连接；对玻璃管道和真空管道抽真空，对原子气室本体的漏率进行检测，当原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围时，更换原子气室本体，直至原子气室本体的漏率处于设定漏率阈值范围内；将加热组件和制冷组件设置在玻璃管道上，加热组件位于靠近玻璃管道中碱金属源的一侧，加热组件和制冷组件用于使玻璃管道形成温度梯度；加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移，设定时间后，将碱金属全部转移至原子气室本体内；将原子气室的多个气体充入原子气室本体中，对原子气室本体内的各个气体
压力进行检测，当原子气室本体内的各个气体的分压处于设定的气体分压阈值范围内时，完成原子气室的制作；当任一气体的分压不在设定的气体分压阈值范围内时，对任一气体的分压进行调整，直至原子气室内的各个气体的分压均处于设定的气体分压阈值范围内，完成原子气室的制作。
[0026]
应用此种配置方式，提供了一种真空原子气室制作方法，该原子气室制作方法通过对原子气室本体的漏率进行检测，能够将原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围的质量不合格的原子气室本体进行剔除，提高原子气室的制作质量；设置加热组件和制冷组件，通过加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移，此种方式能够实现碱金属的定向转移，提高碱金属的充入效率；通过对原子气室本体内的各个气体压力进行检测，得到样品气体中的各气体压力组成，并根据样品的分压计算得出工作气体的各组分的压力组成，此种方式能够对原子气室内多种气体成分进行精密定量，最终实现多组分高精度原子气室制作。
[0027]
在本发明中，为了实现真空原子气室的制作，首先需要将原子气室本体与玻璃管道相连接，将玻璃管道与真空管道相连接；对玻璃管道和真空管道抽真空，对原子气室本体的漏率进行检测，当原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围时，更换原子气室本体，直至原子气室本体的漏率处于设定漏率阈值范围内。在本发明中，对原子气室本体的漏率进行检测具体包括：将检漏仪与真空管道连接，向原子气室本体的外部喷射漏率检测气体，利用检漏仪检测在真空管道中是否存在漏率检测气体以实现对原子气体本体的漏率检测。
[0028]
此外，在本发明中，为了降低系统内杂质气体的残留，实现对原子气室的超高真空处理，在对原子气室本体的漏率进行检测之后，原子气室制作方法还包括：加热原子气室本体以去除原子气室本体内的杂质气体。
[0029]
进一步地，在本发明中，为了能够实现对原子气室内原子组分的精密充入，可将原子气室内的碱金属配置为包括第一碱金属和第二碱金属，在加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移之前，原子气室制作方法还包括：根据设定的第一碱金属和第二碱金属的密度比确认待充入的两种碱金属的质量比；在加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移之后，原子气室制作方法还包括：构建光强检测回路以检测由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据，基于由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度，根据第一碱金属的密度和第二碱金属的密度计算获取第一碱金属和第二碱金属的密度比；当第一碱金属和第二碱金属的密度比超出设定密度比阈值范围时，继续向原子气室充入第二碱金属，重复上述过程，直至第一碱金属和第二碱金属的密度比处于设定密度比阈值范围；当第一碱金属和第二碱金属的密度比小于设定密度比阈值范围时，继续向原子气室充入第一碱金属，重复上述过程，直至第一碱金属和第二碱金属的密度比处于设定密度比阈值范围。
[0030]
在此种配置方式下，利用光谱分析法，精确测得了双碱金属原子充入量，操作简单，易于实现，精度较高，能够实现对原子气室内原子组分的精密充入，提高了原子气室的性能，进而提高了陀螺的精度。
[0031]
具体地，在本发明中，为了实现对原子气室内原子组分的精密充入，首先需要根据设定的第一碱金属和第二碱金属的密度比确认待充入的两种碱金属的质量比。在本发明
中，根据设定的第一碱金属和第二碱金属的密度比确认待充入的两种碱金属的质量比具体包括：获取第一碱金属的饱和蒸汽密度和第二碱金属的饱和蒸汽密度；根据设定的第一碱金属的密度和第一碱金属的饱和蒸汽密度计算获取第一碱金属的质量，根据设定的第二碱金属的密度和第二碱金属的饱和蒸汽密度计算获取第二碱金属的质量；根据第一碱金属的质量和第二碱金属的质量计算获取两种碱金属的质量比。
[0032]
作为本发明的一个具体实施例，碱金属可选择铷、铯、钾中的任意两种组合，假设两种碱金属分别为rb(铷)、k(钾)，温度为130℃，所需密度比为1:5。在单碱金属的情况下，两种碱金属的饱和蒸汽密度分别为：
[0033][0034][0035]
其中，t为温度，单位为k。
[0036]
两种碱金属混合后的密度分别为：
[0037]
[rb]＝f
rb
×
[rb]0，
[0038]
[k]＝fk×
[k]0，
[0039][0040][0041]
其中，f
rb
为气室中rb的摩尔量分数，fk为气室中k的摩尔量分数。mk为气室中k的质量，mk为k的摩尔质量，m
rb
为气室中rb的质量，m
rb
为rb的摩尔质量，若使[rb]：[k]＝1:5，计算得m
rb
:mk＝1:3。
[0042]
进一步地，在确认待充入的两种碱金属的质量比之后，转移碱金属，将安瓿瓶中的两种碱金属按质量比1:3，转移至气室内，此时的质量比为粗略的质量比。具体地，如图3所示，加热组件80和制冷组件90设置在玻璃管道上，利用工具将玻璃锤130吸引至碱金属安瓿瓶140位置处并将碱金属安瓿瓶140打破一个出口，利用外界热源烘烤碱金属源以生成碱金属气体进入管路系统；通过加热组件80和制冷组件90在管路系统上形成温度梯度以使碱金属气体从加热组件80对应的管路部分定向转移至制冷组件90对应的管路部分，直至加热组件80对应的管路部分不存在碱金属气体；沿管路系统整体移动加热组件80和制冷组件90以使加热组件80位于管路系统中碱金属所在位置，重复上述过程，直至碱金属全部到达原子气室，完成碱金属的转移。
[0043]
在完成了碱金属的转移之后，即可构建光强检测回路以检测由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据，基于由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度，根据第一
碱金属的密度和第二碱金属的密度计算获取第一碱金属和第二碱金属的密度比。具体地，在本发明中，构建光强检测回路以检测由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据，基于由激光光源的光线经原子气室透射后的光强数据以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度具体包括：激光光源发出的激光依次经过格兰泰勒160和1/2波片170后进入偏振分光棱镜180(即pbs)分成第一激光和第二激光，第一激光通过原子气室220后进入第一光电探测器200，第一光电探测器200采集获取从原子气室透射出的激光的光强，第二激光经过直角棱镜后进入第二光电探测器210，第二光电探测器210获取激光光源发出的激光的初始光强；基于从原子气室透射出的激光的光强以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度。
[0044]
在本发明中，基于从原子气室透射出的激光的光强以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度具体包括：基于从原子气室透射出的激光的光强以及激光光源发出的激光的初始光强计算获取第一碱金属的密度和第二碱金属的密度，根据计算获取第一碱金属的第一参数a1和第三参数γ1，其中，p
t
(ν1)为从原子气室透射出的第一碱金属激光的光强，p0(ν1)为激光光源所发出的第一碱金属激光的初始光强，v
01
为第一碱金属的吸收点的吸收频率，v1为第一碱金属的光谱吸收频率；根据计算获取第二碱金属的第二参数a2和第四参数γ2，其中，p
t
(ν2)为从原子气室透射出的第二碱金属激光的光强，p0(ν2)为激光光源所发出的第二碱金属激光的初始光强，v
02
为第二碱金属吸收点的吸收频率，v2为第二碱金属的光谱吸收频率，a1、a2、c、γ1和γ2为待拟合的参数；基于第一碱金属的第一参数a1和第三参数γ1，根据a1＝[*]1recf
osc
dcγ1/2计算获取第一碱金属的密度，基于第二碱金属的第二参数a2和第四参数γ2，根据a2＝[*]2recf
osc
dcγ2/2计算获取第二碱金属的密度，其中，re为电子半径，c为光速，f
osc
为常数，f
osc
＝0.324，dc为气室长度，[*]1为第一碱金属的密度，[*]2为第二碱金属的密度。
[0045]
作为本发明的一个具体实施例，假设两种碱金属分别为rb(铷)、k(钾)，re为电子半径，re＝2.8
×
10-15
m，c为光速，c＝3
×
108，f
osc
为常数，f
osc
＝0.324，dc为气室长度4mm，通过上式即可分别计算出rb和k原子的密度，并计算出两者的密度比，若计算出的[rb]/[k]比理论值偏大，则充入适量k，若比理论值小，则充入适量rb，重复检测和充入的步骤，直至实际值与理论值相等，即完成双碱金属原子的充入。
[0046]
进一步地，在本发明中，在完成了碱金属原子的充入之后，即可将原子气室的多个气体充入所述原子气室本体中。在本发明中，将原子气室的多个气体充入原子气室本体中具体包括：打开第一气源，第一气源内的第一气体进入原子气室本体内，对第一气源内的第一气体压力进行检测，当第一气源内的第一气体压力达到设定第一气体压力时，关闭第一气源；打开第二气源，第二气源内的第二气体进入原子气室本体内，对第二气源内的第二气体压力进行检测，当第二气源内的第二气体压力达到设定第二气体压力时，关闭第二气源；重复上述过程，依次完成多个气体的充入。具体地，如图1所示，根据待制作的原子气室内气体的种类，设置多个气源，一个气源对应一种气体。在进行气体的充入时，首先进行第一气
体的充入。打开第一气源，第一气源内的第一气体进入原子气室本体内，利用压力表100对第一气源内的第一气体压力进行检测，当第一气源内的第一气体压力达到设定第一气体压力时，关闭第一气源；打开第二气源，第二气源内的第二气体进入原子气室本体内，利用压力表100对第二气源内的第二气体压力进行检测，当第二气源内的第二气体压力达到设定第二气体压力时，关闭第二气源，重复上述过程，直至完成多个气体的充入。
[0047]
进一步地，为了实现对原子气室内多种气体成分进行精密定量，当任一气体的分压不在设定的气体分压阈值范围内时，对任一气体的分压进行调整，直至原子气室内的各个气体的分压均处于设定的气体分压阈值范围内具体包括：当任一气体的分压小于设定的任一气体分压阈值范围时，打开任一气体的气源，对原子气室内的任一气体进行补气，直至任一气体的分压处于设定的任一气体分压阈值范围内；当任一气体的分压大于设定的任一气体分压阈值范围时，将原子气室内的混合气体抽出设定体积，对原子气室本体内的混合气体的压力重新进行检测，当任一气体的分压小于设定的任一气体分压阈值范围时，打开任一气体的气源，对原子气室内的任一气体进行补气，直至任一气体的分压处于设定的任一气体分压阈值范围内。
[0048]
根据本发明的另一方面，提供了一种真空原子气室制作装置，该真空原子气室制作装置使用如上所述的真空原子气室制作方法进行制作，原子气室制作装置包括：真空管道10、玻璃管道20、检漏仪30、真空泵组40、气体检测装置50、气源60、真空计70、加热组件80和制冷组件90，真空管道10与玻璃管道20连接，检漏仪30、真空泵组40、气体检测装置50、气源60以及真空计70分别与真空管道10连接，检漏仪30用于对原子气室的漏率进行检测，真空泵组40用于对真空管道10和玻璃管道20进行抽真空，气体检测装置50用于对原子气室内部的各个气体压力进行检测，气源60用于为原子气室提供气体，真空计70用于检测真空管道10及玻璃管道20内的真空度，加热组件80和制冷组件90可移动地设置在管路系统上，加热组件80位于靠近真空管道10中碱金属源的一侧，加热组件80和制冷组件90用于使管路系统形成温度梯度，加热组件80和制冷组件90沿管路系统移动以使碱金属沿管路系统实现定向转移。
[0049]
应用此种配置方式，提供了一种真空原子气室制作装置，该原子气室制作装置通过检漏仪对原子气室本体的漏率进行检测，能够将原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围的质量不合格的原子气室本体进行剔除，提高原子气室的制作质量；设置加热组件和制冷组件，通过加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移，此种方式能够实现碱金属的定向转移，提高碱金属的充入效率；通过气体检测装置对原子气室本体内的各个气体压力进行检测，得到样品气体中的各气体压力组成，并根据样品的分压计算得出工作气体的各组分的压力组成，此种方式能够实现对原子气室内多种气体成分进行精密定量，最终实现多组分高精度原子气室制作。
[0050]
进一步地，在本发明中，为了兼顾高真空和耐高压两方面的需求，可将真空管道10配置为vcr管路。真空管路采用超低漏率的vcr管路，可兼顾高真空和耐高压两方面的需求，既能实现系统高真空的制备，也能承受几十个大气压的高压混气操作。
[0051]
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明所提供的真空原子气室制作方法进行详细说明。
[0052]
如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种真空原子气室制作方法，
该方法具体包括如下流程。
[0053]
第一步，清洗、烘干原子气室及玻璃管路，将原子气室通过玻璃灯工烧结连入真空系统，利用检漏仪测试系统的漏率，需优于10-13
pa/l/s，对主管路及原子气室玻璃系统加热抽真空24小时，去除系统内杂气，系统真空度达到10-6pa即可。
[0054]
第二步：将碱金属充入原子气室，利用在线检测系统确定碱金属充入的比例。
[0055]
第三步：原子气室内气体充入，将所需气体通过压力表充入气室内，各组分气体充分混合一小时，采用质谱仪对采样气体进行分析，得到采样气体各组成成分的压力。具体地，在本实施例中，将不同气源中的气体按分压由小到大依次充入真空管路，不同气体分压由压力表100读数记录；将各种气体充分混合、稳定后，打开分压采样阀，使采样管路中的气体压力在质谱仪的工作压力范围内，关闭采样阀门；利用质谱仪，测量采样气体内气体种类及分压；结合主管路中的气体压力及质谱仪所测气体种类及分压，计算得出各种气体的准确压力。当原子气室本体内的各个气体的分压处于设定的气体分压阈值范围内时，完成原子气室的制作；当任一气体的分压不在设定的气体分压阈值范围内时，对任一气体的分压进行调整，直至原子气室内的各个气体的分压均处于设定的气体分压阈值范围内。
[0056]
第四步：利用喷灯将气室从真空管路钳下，完成原子气室的制作。
[0057]
本发明旨在提供一种基于超真空的高压力原子气室制作装置与方法，实现超高真空与正压复合混气工艺，满足he、129xe、131xe、n2、h2等气体的混合，真空度优于10-6
pa，具备在线检测功能，满足了核磁共振陀螺、原子磁强计对原子气室的要求。
[0058]
本发明利用超低漏率的vcr管件、兼顾高真空和耐高压两方面的需求，既能实现系统高真空的制备，也能承受几十个大气压的高压混气操作；利用检漏仪实现管路的漏点检测；气体精密充入系统实现了对原子气室内多种气体成分进行精密定量；碱金属在线检测系统通过将混合碱金属对激光的吸收谱线得出碱金属的密度，计算两种碱金属的密度比，进而通过控制进入气室内不同碱金属的量，得到精确的原子充入组分。
[0059]
此超高真空原子气室制作装置包含真空管道10、玻璃系统、检漏仪30、真空泵组40、气体检测装置50、气源60、真空计70、加热组件80和制冷组件90。真空泵组用于将真空管道和原子气室抽真空，玻璃管道用于将原子气室和真空管道连接，采用质谱仪作为气体检测装置，质谱仪用于检测原子气室内充入气体成分，根据第一光电探测器和第二光电探测器采集的光强完成对气室内碱金属比例测定。
[0060]
真空管路采用超低漏率的vcr管路，可兼顾高真空和耐高压两方面的需求，既能实现系统高真空的制备，也能承受几十个大气压的高压混气操作；气源用于气室内气体充入；真空泵组40用于真空系统抽真空，真空度可达到10-6
pa。
[0061]
检漏系统由氦检漏仪构成，对于微型气室，系统真空度的要求比普通气室真空度高一个数量级，针对此需求，增加了高精度检漏装置，提高对微漏气位置的检测灵敏度，有效保障系统漏率处于较低水平，并结合高温加热处理等手段实现，使气室玻壳材料内的杂质气体充分释放，降低系统内杂质气体的残留，实现对气室的超高真空处理。
[0062]
玻璃系统包括过渡玻璃管路和碱金属源，玻璃系统将原子气室与真空系统相连，可将玻璃管路抽真空，再进行原子充入。
[0063]
气体精密充入系统由质谱仪和压力表构成，用于多组分气体压力高精度控制，实现对充入气体成分分析。采用基于总压力测量、分压、质谱分析相结合的方法，对充分混合
后的工作气体进行分压、采样、质谱分析，得到样品气体中的各气体压力组成，并根据样品的分压计算得出工作气体的各组分的压力组成。
[0064]
碱金属在线检测系统由碱金属测试光路构成，对气室内碱金属原子的饱和蒸汽密度进行在线检测，通过将混合碱金属对激光的吸收谱线得出碱金属的密度，计算两种碱金属的密度比，进而通过控制进入气室内不同碱金属的量，得到精确的原子充入组分。
[0065]
本发明提出了一种基于超真空的高压力原子气室制作装置与方法，其主要优势在于：(1)真空系统采用vcr管路，能够兼顾高真空和耐高压两方面的需求，既能实现系统高真空的制备，也能承受几十个大气压的高压混气操作；(2)气体精密充入系统实现了对原子气室内多种气体成分进行精密定量；(3)碱金属在线检测系统通过将混合碱金属对激光的吸收谱线得出碱金属的密度，计算两种碱金属的密度比，进而通过控制进入气室内不同碱金属的量，得到精确的原子充入组分。
[0066]
综上所述，本发明提供了一种真空原子气室制作方法，该原子气室制作方法通过对原子气室本体的漏率进行检测，能够将原子气室本体的漏率超出设定漏率阈值范围的质量不合格的原子气室本体进行剔除，提高原子气室的制作质量；设置加热组件和制冷组件，通过加热组件和制冷组件沿玻璃管道移动以使碱金属沿玻璃管道实现定向转移，此种方式能够实现碱金属的定向转移，提高碱金属的充入效率；通过对原子气室本体内的各个气体压力进行检测，得到样品气体中的各气体压力组成，并根据样品的分压计算得出工作气体的各组分的压力组成，此种方式能够计算得出工作气内各气体组分的分压，有效地提高了气室内各组分气体的定量精度，有利于分析气室性能和气体组成之间的关系。
[0067]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0068]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0069]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。