[发明专利]一种用于冷原子干涉仪的磁场线圈开关装置

说明书

本发明公开了一种用于冷原子干涉仪的磁场线圈开关装置，属于冷原子干涉仪技术领域，包括依次电连接的微控制器驱动电路、MOSFET功率开关电路、漏电流保护电路和线圈保护电路；ARM微控制器电平控制信号连接微控制器驱动电路的输入端，线圈保护电路与磁场线圈两端连接；微控制器驱动电路由接线端子、限流电阻和NMOS开关管构成，MOSFET功率开关电路由低电平控制的PMOS场效应管和限流电阻R2构成，漏电流保护电路由整流二极管D1、泄放电阻R3构成，线圈保护电路电路由钳位二极管V1、整流二极管D2、磁场线圈接线端P1和磁场线圈接线端P2构成。本发明既能保证磁场系统快速关断，又能保证电路系统良好的安全稳定性。

技术领域

本发明属于冷原子干涉仪技术领域，具体涉及一种用于冷原子干涉仪的磁场线圈开关装置。

背景技术

利用原子内态干涉原理工作的陀螺仪称为冷原子陀螺仪。从上世纪70年代开始，中性原子的激光冷却和囚禁技术得到飞速发展。到了90年代国际上利用多种操纵原子波包的方法实现了原子干涉仪。1991年斯坦福大学的朱棣文小组就实现了基于双光子受激拉曼跃迁技术的原子干涉仪，并利用此干涉仪实现了绝对重力加速度的测量，自此原子干涉技术得到了迅猛发展。

本项目首先搭建了实验室冷原子干涉仪原理验证系统，基本原理和实现过程如图1所示。实现原子干涉主要分为四个步骤：第一步：利用磁光阱技术将⁸⁷Rb原子冷却和囚禁在超高真空腔体中，通过偏振梯度冷却技术将捕获到的原子团冷却至亚多普勒冷却极限温度附近。第二步：对原子进行选态，选出对磁场不敏感，易于进行干涉操作的原子。第三步:当原子飞行到干涉区域后，用时间间隔为T的三对拉曼脉冲与原子发生作用，完成对原子团的分束、态反转和合束过程。第四步：受到拉曼脉冲作用的原子团，发生内态之间的跃迁和动量的变化，同时还受到重力场的作用，导致分束后的原子在各自路径上的相位积累不同，最后表现为内态原子布居数上的干涉现象，通过探测处于|F＝3〉态或|F＝2〉态的原子布居数，就能得到干涉条纹。

获得低温原子团是实现原子干涉的核心步骤，而原子的冷却和囚禁主要通过磁光阱技术实现。磁光阱基于多普勒效应可以对原子进行减速，此外要想在探测区域获得较强的荧光信号还需尽可能将原子聚集起来，形成较高密度的原子团，除了激光系统外还需要加入一个梯度磁场来实现。梯度磁场可以通过在一对反Helmholtz线圈中加载方向相反的电流来实现，所需电流约为1A～5A左右。

实验中为了获得温度更低，密度更大的原子团，一般要求磁光阱磁场开关可以快速开启和关断。但由于线圈属于电感元件，若通过的电流速度过快易使开关电路烧坏。现有的磁场开关电路不仅关断时间长，稳定性差，也未曾对开关电流采取保护措施，从而导致开关电路寿命短，实用性差。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种用于冷原子干涉仪的磁场线圈开关装置，既能保证磁场系统快速关断，又能保证电路系统良好的安全稳定性。

本发明的目的是提供一种用于冷原子干涉仪的磁场线圈开关装置，包括依次电连接的微控制器驱动电路，MOSFET功率开关电路，漏电流保护电路和线圈保护电路；ARM微控制器电平控制信号连接微控制器驱动电路的输入端，上述线圈保护电路的两端分别与磁场线圈两端电连接；

所述微控制器驱动电路由接线端子、限流电阻和NMOS开关管构成，其中：接线端子的输入端引脚与ARM高电平控制信号连接，接线端子的输出端引脚与NMOS开关管栅极G相连；NMOS开关管源极S与地相连，漏极D与限流电阻R1输入端相连，所述限流电阻R1输出端与MOSFET功率开关电路相连；

所述MOSFET功率开关电路由低电平控制的PMOS场效应管和限流电阻R2构成，其中：PMOS开关管栅极G与限流电阻R1输出端相连，PMOS开关管源极S与+12V直流电压和限流电阻R2第一端相连，限流电阻R2第二端与PMOS场效应管栅极G相连，PMOS开关管漏极D与漏电流保护电路相连；