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[通信]铷原子钟详细拆解,无法形容之美丽的原子光……【60P高清拆解之四】 [复制链接]

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离线mrweek
 

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2010-08-18
        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
》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》
        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。      
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离线suhui

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只看该作者 1楼 发表于: 2010-08-18
好高级啊~~
离线火柴盒

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只看该作者 2楼 发表于: 2010-08-18
这个东西有没有辐射?

楼主留言:

更正啊,经过本贴第5~6页的讨论,确实存在微量辐射,但是对人体影响不大。

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离线hongo

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只看该作者 3楼 发表于: 2010-08-18
引用第2楼火柴盒于2010-08-18 21:54发表的  :
这个东西有没有辐射?

没有。如果有辐射的话它外面必须根据FCC规定印有明确的电离辐射警告标志。
离线rimet

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只看该作者 4楼 发表于: 2010-08-18
神贴留名!!!
离线cming

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只看该作者 5楼 发表于: 2010-08-18
紫色的等离子发光真好看啊!
离线zerom
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只看该作者 6楼 发表于: 2010-08-18
我也买了这个模块
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离线jake007

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只看该作者 7楼 发表于: 2010-08-18
额,这个漂亮
离线qq382909088

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只看该作者 8楼 发表于: 2010-08-18
果真是高级货柜 不知道是那里产的
离线samhrc

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只看该作者 9楼 发表于: 2010-08-18

您这个就是铷钟模块,朗讯CDMA基站的时钟发生器,是GPS驯服铷钟。

PS: 我觉得您这个模块拆开就报废了,装回去频率不会准了~  

破坏性的拆解,说实话做过基站维护好几年了我也没见过,给你加分了。

楼主留言:

安捷伦的铯钟是专门授时用的,但是不容易找到拥有并能大胆拆解的牛人啊。

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