[发明专利]芯片式原子陀螺仪及其测量转动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪及其测量转动的方法，尤其是一种芯片式原子陀螺仪及其测量转动的方法，属于转速测量和惯性导航技术领域。

背景技术

目前，用于转动测量和惯性导航的陀螺仪主要是光学陀螺仪，其原理是利用光学干涉环路中由转动引起的萨格奈克（Sagnac）效应所造成干涉条纹的移动来测量转动速度：

Φ=4πmhS•Ω]]>

其中，S为干涉环路包围的面积，Ω为转动的速度，m为光子或原子的质量。

光学陀螺仪可以很容易地实现小型化和实用化，但它的不足和缺点主要是测量精度不高。而利用原子的波动性来形成干涉，并进一步构成包围一定面积的干涉环路，同样利用萨格奈克效应来测量转动速度的原子陀螺仪的测量精度则远高于光学陀螺仪，原因是原子的质量比光子大得多，在相同环路面积下，很小的转动就可以引起相对于光学陀螺仪来说大很多的相位差，从而大大提高了陀螺仪的分辨率和精度。

而在国际上实现的此类原子陀螺仪通常有两种：热原子束陀螺仪和冷原子陀螺仪，测量精度比其它任何类型陀螺仪都高出好几个数量级，但是其缺点与不足是整体结构庞大复杂，要实现实用化往往会比较困难。

为了实现原子陀螺仪的小型化和实用化，现已提出利用原子芯片来实现陀螺仪，如中国专利号为200610125027.9的发明专利，它公开了一种微型原子陀螺仪，但由于其导引与内态无关，很难做到50%的相干分束，且初始内态相同，在干涉时没有办法消除共模相位，因此，只能在理想状态下测出转动速度，无法真正应用。

发明内容

本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单、操作方便、测量精确、可行性强，且易于实用化的芯片式原子陀螺仪。

本发明的另一目的在于提供一种芯片式原子陀螺仪测量转动的方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

芯片式原子陀螺仪，包括原子芯片、玻璃真空腔、离子泵、带碱金属释放剂的电流馈通、真空阀和四通接头；

所述四通接头的四个开口分别与玻璃真空腔、离子泵、电流馈通和真空阀连接，所述原子芯片作为玻璃真空腔的一个面连接在玻璃真空腔上，其特征在于：所述原子芯片上的导线结构包括

用于形成可沿x方向移动的一维原子导引、由若干沿y方向平行设置的导线组成的导线阵列；

两根沿x方向用于在y方向形成一维原子囚禁势阱的第一导线和第二导线；

以及两组沿x方向用于在y方向形成态选择双阱的第一共面微波波导和第二共面微波波导。

作为一种优选方案，所述原子芯片上的导线分为底层和顶层，所述导线阵列设置在底层，所述第一导线和第二导线、第一共面微波波导和第二共面微波波导设置在顶层。

作为一种优选方案，所述若干沿y方向平行设置的导线分别为g1、g2、g3...gn，其中n≥3。

作为一种优选方案，所述原子芯片采用真空胶粘接在玻璃真空腔上。

作为一种优选方案，所述玻璃真空腔通过金属法兰与四通接头的一个开口连接。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

芯片式原子陀螺仪测量转动的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）通过真空阀与前级真空泵连接，将陀螺仪内部抽到超高真空后，关闭真空阀，并利用离子泵将陀螺仪内部维持在超高真空状态；

2）采用电流馈通加热碱金属释放剂维持真空中待冷却原子的数量；

3）在导线阵列中的导线g1和g2通上同向电流，同时在第一导线和第二导线通上同向电流，在x方向施加均匀磁场，使原子芯片表面产生三维原子囚禁势阱，将预先制备的冷原子装载到该囚禁势阱中；

4）减小导线g1的电流大小，同时增加导线g3的电流大小，由导线阵列7形成的的一维原子导引沿x方向移动；同时增大第一共面微波波导和第二共面微波波导中的微波功率，在y方向的囚禁势阱从一个变为两个，从而实现不同内态原子的相干分束；当微波功率达到最大时，接着减少微波功率，在y方向的囚禁势阱从两个变为一个，从而实现原子的合束；