[发明专利]一种利用分子电偶极矩进动测量转动角频率的方法

说明书

技术领域

本发明属于转动测量技术领域，更具体地，涉及一种测量转动角频率的方法。

背景技术

转动测量技术是在现代航空、航海、航天和国防工业中广泛使用的一种技术。陀螺仪是进行转动测量的仪器。

核磁共振陀螺仪通过测量原子核自旋在外加磁场作用下拉莫尔进动频率的变化来实现转动的测量。当陀螺仪装置绕着静磁场B₀的方向以角频率Ω转动时，测得的拉莫尔进动频率为

ω_obs＝γB₀-Ω，

其中，γ为旋磁比，等于核磁矩与核自旋角动量的比值。一般在核磁共振陀螺仪中，通过光泵浦的方法使原子自旋极化，通过垂直于静磁场的交流磁场来驱动自旋进动，通过光学方法来探测转动效应，如采用Dehmelt技术以及利用法拉第效应(E.A.Donley，Nuclear Magnetic Resonance Gyroscopes，Proceedings to the IEEE Sensors Conference.2010:17-22)。为了测得转动频率Ω，静磁场的大小必须稳定和精确已知。高精度陀螺仪对静磁场的稳定性提出了十分苛刻的要求，需要对外磁场进行很高数量级的屏蔽，通常需要多层磁屏蔽(T.W.Kornack,R.K.Ghosh,and M.V.Romalis,Phys.Rev.Lett.95,230801,2005；Rujie Li,Wenfeng Fan,Liwei Jiang,Li hongDuan,Wei Quan,and Jiancheng Fang,Phys.Rev.A 94,032109,2016)，这在技术上实现较为复杂和困难。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用分子电偶极矩进动测量转动角频率的方法，其不需要对磁场进行屏蔽，且测量方法比较简单实用。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种利用分子电偶极矩进动测量转动角频率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在六面体密封容器内充入具有永久电偶极矩的气体分子，其中，所述六面体密封容器由上电极板、下电极板、前电极板、后电极板、左电极板和右电极板共同构成；

(2)在上电极板和下平行板构成的上下平行板电容器上施加电压，使六面体密封容器内形成沿z轴方向的静电场并且该静电场为E₀，从而使所述气体分子极化并产生与z轴平行的电极化强度矢量，其中，所述z轴沿上下延伸；

(3)保持上下平行板电容器上施加的电压不变，并在前电极板和后电极板构成的前后平行板电容器上施加射频电压，使六面体密封容器内产生x轴方向的射频电场E₁，且产生的射频频率与处于某一转动态的所述气体分子在静电场E₀下的电偶极矩进动频率相同；在射频电场作用下，该转动态的气体分子的电极化强度矢量将发生转动，在该电极化强度矢量转动角度达到90°时关闭射频电压，此时该电极化强度矢量位于x-y平面，其中，所述x-y平面是由沿前后方向延伸的x轴和沿左右方向延伸的y轴所确定的平面，并且x轴、y轴和z轴共同构成笛卡尔坐标系；

(4)在静电场E₀的作用下，所述电极化强度矢量在x-y平面内进动并在左电极板和右电极板构成的左右平行板电容器上产生电压信号；通过测量左右平行板电容器上电压变化的频率可获得电极化矢量的进动频率，根据Ω＝γ_EE₀-ω_obs可以测得转动频率Ω，其中，γ_E为分子电偶极矩μ_E在分子转动角动量J方向上的投影与分子转动角动量的比值，ω_obs为测得的拉莫尔进动频率。

优选地，步骤(3)中射频电压的作用时间为t_p＝π/γ_EE₁。

优选地，所述气体分子为对称陀螺分子。

优选地，所述气体分子为CH₃F。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：