[发明专利]激光加热核磁共振陀螺仪

说明书

本发明提供了一种激光加热核磁共振陀螺仪，包括：石英真空腔、原子气室、三维正交线圈、加热激光光源、光纤测温模块、泵浦激光光源、检测激光光源、平衡光电放大器、锁相放大器；其中，锁相放大器将平衡光电放大器输出的经过放大的检测光信号和三维正交线圈的参考驱动信号进行分析，得到平衡光电放大器中具有三维正交线圈的参考驱动信号的频率成分信息，将频率成分信息发送给可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器根据原子气室表面的温度控制加热激光光源的功率，并根据频率成分信息解算出核磁共振陀螺仪的拉莫进动频率信息。本发明能够彻底消除电加热和电阻测温引起的附加磁场干扰，能够有效提高核磁共振陀螺仪的检测精度和灵敏度。

技术领域

本发明涉及核磁共振陀螺仪技术领域，具体地，涉及激光加热核磁共振陀螺仪。

背景技术

核磁共振陀螺仪工作原理是惰性气体原子核处于核磁共振状态下，检测惰性气体原子核的拉莫进动频率，当检测激光跟随壳体旋转时，检测到的拉莫进动频率偏离理论拉莫进动频率，拉莫进动频率的偏离量即为壳体转速大小。与传统机械式陀螺仪相比，核磁共振陀螺仪敏感物质是原子核，不存在质量部件敏感壳体角速度，因此消除了摩擦力和惯性加速度影响，核磁共振陀螺仪可应用振动、高加速环境，同时核磁共振陀螺仪理论上可达导航级精度，还具有芯片化优势，核磁共振陀螺仪正在成为未来新型陀螺仪的发展方向。

核磁共振陀螺仪敏感角速度的前提是原子核达到核磁共振状态，通过激光泵浦原子气室内磢金属电子自旋极化，极化后的碱金属电子与惰性气体原子核发生自旋交换碰撞，碱金属电子将自旋角动量传递给惰性气体原子核，惰性气体原子核产生超极化，在光泵极化方向上施加静磁场，碱性气体原子核和碱金属电子将绕静磁场方向做拉莫进动，在垂直于静磁场正交方向上施加交变的射频磁场，射频磁场交变频率为惰性气体原子核拉莫进动频率和惰性气体原子核拉莫进动频率，惰性气体原子核将进入核磁共振状态。在核磁共振状态条件下碱金属电子和惰性气体原子核的宏观磁矩在x/y轴上会呈现出交变分量，线偏振检测激光穿过原子气室时，惰性气体原子核宏观磁矩和碱金属电子的宏观磁矩将会对检测激光产生调制作用，利用法拉第旋光解算出惰性气体原子核和拉莫进动频率，即可解算出壳体旋转角速度大小。

从核磁共振陀螺仪上述工作原理可以看出，碱金属电子自旋极化是核磁共振陀螺仪正常工作的必要条件之一，在常温条件下，碱金属电子属于固态，原子气室内的碱金属电子浓度低，导致碱金属电子极化率低，为提高碱金属电子自旋极化率，常用的方法是加热碱金属电子，工程上常用的加热方法有电加热方式，其基本原理是利用电流通过电阻时产生的热量来加热原子气室，利用热传导方式加热原子气室内的碱金属，经对现有技术检索发现以下相关技术文献：专利号US7872473B2，名称为：一种核磁共振陀螺仪，公开了原子气室加热采用电加热方式，这种核磁共振陀螺仪由于电加热过程中产生的扰动磁场会降低核磁共振陀螺仪的检测精度和灵敏度。论文“Predictive thermal model for indirecttemperature measurement inside atomic cell of nuclear magnetic resonancegyroscope”,研制了一种核磁共振陀螺仪，该核磁共振陀螺仪采用电加热方式，同样引入了干扰磁场，电加热直接作用于原子气室，严重影响了核磁共振陀螺仪的检测精度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光加热核磁共振陀螺仪。

根据本发明提供的一种激光加热核磁共振陀螺仪，包括：可编程逻辑控制器、石英真空腔、原子气室、滤光片、三维正交线圈、加热激光光源、光纤测温模块、泵浦激光光源、检测激光光源、平衡光电放大器、锁相放大器、三维正交线圈驱动源；所述原子气室位于所述石英真空腔内，所述加热激光光源发出的激光通过所述石英真空腔内部的滤光片后转化为热量，用于对所述原子气室进行加热；且所述石英真空腔安装在所述三维正交线圈的磁场影响范围内；所述泵浦激光光源和检测激光光源发出的激光穿过所述石英真空腔内的原子气室，并被所述平衡光电放大器接收；所述平衡光电放大器将将接收到的检测光信号转换为相应的电信号后传输给锁相放大器；其中：