[发明专利]一种小型化核磁共振陀螺仪

说明书

本发明属于惯性测量领域的陀螺仪装置，涉及一种小型化的核磁共振原子陀螺仪。所述小型化核磁共振原子陀螺仪包括充有碱金属以及惰性气体的混合气体的真空气室，真空气室顶部内部镀有反射膜；释放用于抽运和检测的光束的激光器置于真空气室底部；在激光器两边对称放置两个探测器用于检测转速信号；用于产生横向振荡磁场的亥姆霍兹线圈设置在真空气室两侧；用于产生原子核拉莫尔进动所需静态磁场的螺线圈围绕真空气室、激光器、亥姆霍兹线圈组成的光学系统，螺线圈外部采用屏蔽结构进行磁屏蔽。本发明在降低陀螺体积的同时，有效降低由于光强抖动对陀螺精度造成的影响，提升陀螺精度。

技术领域

本发明属于惯性测量领域的陀螺仪装置，涉及一种小型化的核磁共振原子陀螺仪。

背景技术

核磁共振陀螺概念起源于20世纪60年代，其原理是利用载体转动时导致原子核拉莫尔进动频率改变来测量载体转动速度。

原子核具有磁矩，将其置于静磁场B₀中，原子核磁矩会绕着磁场进行拉莫尔进动：

ω₀＝γB₀ (1)

当载体绕静磁场转动时，在载体中测量得到拉莫尔角频率发生改变，通过测量载体中拉莫尔频率ω_obs即可确定载体角速度。

Ω＝γB₀-ω_obs (2)

传统的核磁共振陀螺采用单独的抽运光光源以及探测光光源，探测器与探测光光源同轴，陀螺载体的速度由探测光强的改变确定。气室用传统工艺吹制而成。该结构采用的分立装置过多导致陀螺体积过大，不利于工程化应用，正是由于该劣势，使得上世纪核磁共振陀螺在与光学陀螺的竞争中被淘汰。

发明内容

本发明的目的是：克服现有核磁共振陀螺样机体积庞大，不易工程化应用的缺陷，提出一种体积小、精度高的核磁共振原子陀螺仪。

本发明的技术方案是：一种小型化核磁共振原子陀螺仪，其包括充 有碱金属以及惰性气体的混合气体的真空气室，真空气室顶部内部镀有反射膜；释放用于抽运和检测的光束的激光器置于真空气室底部；在激光器两边对称放置两个探测器用于检测转速信号；用于产生横向振荡磁场的亥姆霍兹线圈设置在真空气室两侧；用于产生原子核拉莫尔进动所需静态磁场的螺线圈围绕真空气室、激光器、亥姆霍兹线圈组成的光学系统，螺线圈外部采用屏蔽结构进行磁屏蔽。

所述激光器为垂直面腔激光器。

所述真空气室采用七件分立微晶玻璃构建利用低温键合技术粘结而成，其顶部为两个具有对称内楔面并镀制高反膜的微晶玻璃模块，中部为两个腔体内部的面镀制缓冲膜的长方柱体微晶玻璃模块，底部为两侧镀制增透膜的微晶玻璃片，且其侧面设置有两个腔体内部的面镀制缓冲膜的长方柱体微晶玻璃片。

进行光学探测时，两路探测光沿相反的方向进入真空气室，并分别被两路探测器探测，然后进行差分信号处理，得到转速信号。

磁屏蔽结构采用开口不在一条线上，且相互错开的四层屏蔽罩。

螺线圈长度比气室长度大两个数量级。

亥姆霍兹线圈半径间距比气室长度大一个数量级。

本发明的优点是：本发明使用发散光源同时实现抽运光以及探测光的功能，在光源的对称两侧放置探测器，该装置在降低陀螺体积的同时，采用双探测器测量的方式降低由于光强抖动对陀螺精度造成的影响，提升陀螺精度。另外，由于真空气室利用低温键合技术制成，便于气室内部镀膜，保证角度及角速度测量精度，非常适用于惯性导航，磁 场测量等高精度测量领域。

附图说明

图1是本发明小型化核磁共振陀螺仪的结构示意图；

图2是本发明真空气室的主视图；