[发明专利]一种用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件

说明书

技术领域

本发明涉及微型核磁共振陀螺仪技术领域，特别涉及一种用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件，用于补偿陀螺仪的三维剩余磁场并提供了均匀的纵向静磁场，可以应用于战略、战术武器装备、微小型空间飞行器。

背景技术

微型核磁共振陀螺具有小体积、低功耗、高性能、大动态范围等特性，已成为新型惯性器件的研究重点和热点。

核磁共振陀螺仪利用原子核自旋磁矩的拉莫尔进动感知物体转动信息，原理上需要在纵向上制备一个均匀、稳定的静磁场，同时屏蔽/补偿包括地磁场在内的所有外界磁场干扰。由于受到体积、重量等因素的限制，核磁共振陀螺仪的磁屏蔽系统的屏蔽效果很有限，进一步提高陀螺仪的性能，需要在磁屏蔽内部设计一套性能优异的三维磁补偿线圈结构，用于补偿剩余磁场并制备均匀的静磁场。

对于核磁共振陀螺仪其既要求静磁场必须是稳定的，也要求原子气室空间范围内的磁场必须是均匀的，否则会导致磁共振频率变宽，使陀螺仪的信噪比降低。而磁场的均匀性主要是由线圈的几何形态决定的，即使在电路上进行了控制反馈，也只能够保证磁场的稳定性而不能保证磁场的均匀性。

目前通常使用方形亥姆赫兹线圈作为磁补偿线圈结构，为核磁共振陀螺仪制备均匀的纵向/横向磁场。但是由于磁屏蔽通常为圆柱形，方形亥姆赫兹线圈不易安装。而且方形亥姆赫兹线圈只有在线圈间距等于1.1倍的线圈边长时磁场均匀性才最好，否则其均匀性将迅速恶化。这样的尺寸要求使得三维线圈内部空间的使用率非常低，不利于核磁共振陀螺仪的小型化设计。此外，三维方形亥姆赫兹线圈构成笼式结构，与内部光路结构干涉，拆装调试方形亥姆赫兹线圈需要破坏内部的光路结构，可维护性差。

理论上鞍形线圈也可构建均匀的磁场且结构紧凑，但是传统的漆包线绕线工艺无法精确构建鞍形线圈的圆弧段，绕制而成的线圈由于尺寸误差其磁场均匀性远不如方形亥姆赫兹线圈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件，该结构件由圆形亥姆赫兹线圈和鞍形线圈构成，用于补偿陀螺仪的三维剩余磁场并提供了均匀的纵向静磁场，该线圈结构件的结构紧凑、工艺简单、维护性好。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件，包括芯轴支架1、纵向磁补偿线圈2和横向磁补偿线圈3，其中：

芯轴支架1为空心圆筒，微型核磁共振陀螺仪的原子气室光路结构件，放置所述空心圆筒内，并且所述空心圆筒的外壁上开设有绕线槽101和贴片槽102；其中，绕线槽101包括2个相同的环形凹槽，所述两个环形凹槽所在的平面彼此平行且垂直于芯轴支架1的中心轴线；贴片槽102为一个位于两个绕线槽之间的环形凹槽。

纵向磁补偿线圈2为圆形亥姆赫兹线圈，通过将漆包线绕制在绕线槽101内得到；横向磁补偿线圈3包括4个相同的鞍形线圈，所述4个鞍形线圈印制在一块柔性电路板上并均匀分布，所述柔性电路板弯绕贴覆在贴片槽102内；贴覆后的鞍形线圈直线段与芯轴支架1的中心轴线平行；其中，横向磁补偿线圈3与纵向磁补偿线圈2互不接触。

在上述的用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件中，横向磁补偿线圈3的四个鞍形线圈采用单导线回路且单独供电。

在上述的用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件中，在横向磁补偿线圈3中，每个鞍形线圈的圆弧段对应的圆心角为75°～85°。

在上述的用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件中，在横向磁补偿线圈3中，每个鞍形线圈的长径比为1.3～1.8，其中，所述长径比为直线段的长度与圆弧段的对应的圆直径之比。

在上述的用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件中，芯轴支架1选用无磁性材料，且所述材料的耐高温性能高于150℃，且导热率低于10W/(m.℃)。

在上述的用于微型核磁共振陀螺仪的磁补偿线圈结构件中，芯轴支架1的材料为聚酰亚胺、陶瓷、环氧玻璃布棒或聚四氟乙烯。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明的磁补偿线圈结构件包括圆形亥姆赫兹线圈和鞍形线圈，具备这两种线圈的优点，不仅可以提供均匀的纵向静磁场，并且具备紧凑的结构；

(2)、本发明的磁补偿线圈结构件的横向磁补偿线圈采用鞍形线圈，并且用印制柔性电路的方式代替传统的漆包线绕线工艺，贴覆在芯轴支架的贴片槽内可精确控制线圈的圆弧段形状，提高了鞍形线圈的实际性能，制备工艺性更高；