根据量子物理学的基本原理,原子是按照不同电子排列顺序的能量差,也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差,来吸收或释放电磁能量的。
这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时,它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的,这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的—例如铯133的共振频率为9.192631770GHz。因此铯原子可以用作一种振荡器来保持高度精确的时间。
——百度百科
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本次拆解的是铷原子钟,精度比铯原子钟差些,但是价格便宜许多。大多用于通信基站的频率基准。具体原理我会逐渐补充,但是这个模块的原理细节上和百度百科上说的不太一样,应该是应用了较新的技术。欢迎大家补充原理细节!!
09-14修正一些讲解错误。查询到输入频率,大约6.83GHz。
08-21更新(本贴第8页):查到一些更先进的铯原子钟的信息,看来拆解有困难啊。贴出来一张关键元件图,里面有 铯源,质谱仪,原子检测器等等。可惜只能看外观。感兴趣请移步看看。
08-20更新(本贴第6页):感兴趣,来算算1mg天然金属铷平均每一秒衰变放射出的电子个数(好多年不用了,算错了请更正,谢谢……)
1毫克天然金属铷 * Rb-87含量27.835% * 阿伏伽德罗常数 / Rb-87 原子量 / Rb-87 半衰期(年) / 此时Rb-87衰减到了一半 / 一年天数 / 每天小时 / 每小时秒数 * Rb-87衰变为Sr-87 是中子贝塔衰变,放出电子数为1 = 每秒Rb-87 因衰变放射出的电子个数
1 * 10^-3 * 0.27835 * 6.02 * 10^23 / 87 / 4.88 / 10^10 / 2 / 365 / 24 / 3600 * 1 = 0.625766 个
衰变能量0.283MeV 平均每秒0.6个电子飞出来,还需要打中我 问题大不大?呵呵~~
08-19更新(本贴5~6页):好多人问铷有没有辐射,查阅资料,天然铷确实有微量的辐射。铷-85是稳定单质,占自然界的72.2%,铷-87具有放射性,占自然界27.8%。虽然丰度有27.8%算不少了,但是铷-87的半衰期非常的长,发射的是贝塔射线,穿透力也不大。加上铷泡里的金属含量很少,放射性基本可以忽略了。所以设备外壳没有表示出当心电离辐射的警示。
08-18更新:这个铷模块应用的是光抽运技术。
光抽运是光与物质相互作用的过程,它利用某些能级上的电子受选择定则限制受激后不能跃迁,而其他基态仍然可以共振跃迁,最终将使电子在这个能级的数目过多而达到富集的目的。光抽运也称粒子的偏激化,光抽运是近代发现的,对它的认识和研究才刚开始,有着广泛的应用。
——本人对这个高科技的东西理解有限,尽力将图片配上说明,错误在所难免,欢迎大家补充说明。共同探讨学习。
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一、外观部分
1、拆机先要有得力工具,最好不要暴力啊。
2、正面,RUBIDIUM FREQUENCY STANDARD 铷原子频率基准
3、数据接口
4、开始拆这些奇怪的螺丝
5、拆下来一堆
6、看看背面
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二、内部结构A
1、终于打开被盖了,有层绝缘片
2、背面总揽
3、固定方式很优美的2941可调线性稳压器
4、AD9832 直接数字频率合成器
5、额外的频率输出接口
6、CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件
7、核心元件-铷振荡模块
8、表面镀银了,有些氧化
9、模块细节
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三、内部结构B
1、要想继续拆,需要正面下手了
2、完全拿出来了,有两块保温棉,实际工作温度:恒温晶振50~60度左右,铷模块100度上下。
3、正面总揽
4、高效率恒温晶振,PTC加热片直接焊上了。
5、两个精密可调电阻
6、电阻细节
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四、铷振荡模块细节
1、铷泡加热振荡电路,和电磁炉原理差不多。
2、一共三个2941可调线性稳压器
3、铷块频率输入,为铷原子注入微波能量。
4、镀金的引脚
5、模块里的电感,后期人工微调。
6、模块总体
7、铷泡部分
8、共振腔-----原子光谱吸收滤镜,微波频率输入,共振检测一体化模块。
9、工作状态,高频电场加热铷蒸汽,使之等离子化。非常美丽的紫光,后面会有介绍
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五、电路细节
1、--
2、--
3、很厚的电路板,看着有N层。
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六、原子光谱滤镜,频率注入,光电池信号检出部分。
1、总揽
2、拆下4粒螺丝
3、变成这样
4、C-Field线圈,提供一个磁场环境,控制频率的输出。
5、拿出来是个镀银的金属盒子,陶瓷基板是频率注入部分的滤波器和引线,频率非常高,大约6.83GHz。
6、这是盒子内部的天线与调整等效电容的螺丝。
7、 [吸收室]--这是盒子的另一半,里面是个充满铷原子蒸气的石英管。
仔细观察一下,里面被隔离成了两个小室,分别填充了Rb-85与Rb-87,光抽运过程就在这里进行!……
8、盒子底部是一片光电池,检测铷泡经过吸收室到达盒子底部的光线。
9、盒子的另一侧,用三极管恒温加热,再用左侧的二极管检测温度,为了精确测温,二极管硅片直接焊接在金属壁上。
10、精简爆炸图
11、锁定(稳定)以后的频率输出,我没有那么多9的频率计,先用万用表看看吧。
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下面是我最喜欢的部分,这种紫色无法形容,非常的漂亮。相机还原能力有限。远没有亲眼所见的震撼。
1、整体
2、高频加热腔
3、等离子态的金属铷蒸汽
4、铷泡特写
非专业人士说了这么多,错误肯定不少,恳请指正。