多通道高精度温度测量系统

李乳演 陈苏红 谢桂辉

摘  要：为了实现无自旋交换弛豫态（SERF）原子自旋陀螺仪高精准、高稳定的测温目标，文章提出了一种改进的四线制比例测温方法。选用超高精度FRSM金属箔电阻，通过比例测量的方式抑制温漂，同时采用高阶数字滤波器降低噪声，大大提高了系统的测温精度。测试结果表明，该方法的测温精度高达0.01 ℃，漂移量小于0.01 ℃，实现了多通道的温度精确测量，可应用于SERF原子自旋陀螺仪精密测温系统。

关键词：高精度;多通道温度测量;四线制比例测量;LabView

中图分类号：TP216      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）01-0044-04

Multichannel and High-precision Temperature Measurement System

LI Ruyan1，CHEN Suhong1，XIE Guihui2

（1.College of Information Science and Engineering，Wuchang Shouyi University，Wuhan  430064，China;

2.School of Automation，China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan  430074，China）

Abstract：In order to achieve the high-precision and high-stability temperature measurement goal on the Spin-Exchange Relaxation-Free（SERF）atomic spin gyroscope，this paper proposes an improved four-wire system proportional temperature measurement method. Ultra-precision FRSM metal foil resistor is selected to suppress temperature drift through proportional measurement. At the same time，high-order digital filter is used to reduce noise and greatly improve the temperature measurement accuracy of the system. The test results show that the temperature measurement accuracy of the method is as high as 0.01 ℃，and the drift is less than 0.01 ℃. It realizes multichannel temperature precision measurement and can be applied to the precision temperature measurement system of SERF atomic spin gyroscope.

Keywords：high-precision;multichannel temperature measurement;four-wire system proportional measurement;LabView

0  引  言

无自旋交换弛豫态（Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF）下，原子密度和信号信噪比大幅度提高，原子自旋陀螺仪感受外界载体微弱角速度的能力明显增强[1]，这种特性使SERF原子自旋陀螺仪成为下一代高精度陀螺仪的重点发展方向之一。但是，要达到高质量SERF态，必须使原子所在的碱金属气室的温度保持高度准确和长期稳定。否则，温度的微弱波动将会引起原子数量及状态的急剧变化，导致原子陀螺仪的精度和灵敏度大幅下降[2]。高精准、高稳定的测温技术是精密控温的基础和前提，也是国内外公认的难点技术，开展相关研究对于实现超高灵敏度惯性测量具有十分重要的价值和意义。

传统测温系统一般采用数字集成式芯片[3]、热电偶[4]、热电阻[5]等方式，测量精度较低，仅为0.2～0.5 ℃。以铂电阻为温度传感器测温精度高、稳定度好，更适用于高精度测温领域[6-9]。在铂电阻测温方法中，采用四線制接线法，通过恒流源驱动铂电阻，将温度测量转换为电压测量的方式能有效消除导线电阻、接触电阻产生的误差，精度高且成本低，应用最为广泛。……