[实用新型]一种基于光阱力的原子加速度计

说明书

本实用新型提供一种基于光阱力的原子加速度计，包括原子冷却单元、位移检测单元、光功率探测单元、数据处理单元，电源，外壳，支撑杆，其中外壳是一个金属正方体，外壳与载体固定，载体为飞机、火箭或其它可移动物体；本实用新型采用10^‑10米级原子作为检测质量，利用光阱力提供非接触支撑，减小机械环节的影响，在结构上没有了硬连接的支撑元件，减小了弹性支撑元件的摩擦阻尼对测量结果的影响；对微小加速度变化非常敏感，提高了测量灵敏度；采用闭环控制模式，抗干扰能力强；由于存在光学反馈作用，加速度计的检测质量始终工作在中心附近，还可以扩大量程。

技术领域

本实用新型属于惯性导航技术领域，具体涉及一种基于光阱力的原子加速度计。

背景技术

惯性导航因其具有自主性强，隐蔽性好，全天候、全时间工作等优点，成为国家一些战略、战术武器中不可或缺的核心导航方式。同时，高作战性能的需求也对器件的精度提出了更高的要求也对惯性器件提出了更高精度的要求。

目前使用的加速度计大部分都是利用检测质量敏感惯性力实现的。其结构上，检测质量均与测量系统壳体弹性连接。这种弹性连接在使用过程中会不可避免的带来摩擦阻尼，影响测量精度。而且，长时间的使用可能会对零件造成一定程度的磨损。另外，目前加速度计中使用的检测微质量对于微小力学量的变化不敏感的情况，也一定程度上影响了加速度计的测量灵敏度。

近年来，随着激光冷却和激光光镊技术的出现，对于光的力学效应的研究已经对很多学科领域产生了深远的影响。当光与物质接触时会伴随着动量交换，对物体产生力的作用，这种作用力被称为辐射压力，简称光压。越是微小物体对这种力越敏感。除了目前通过磁悬浮和静电悬浮为检测质量提供无接触支承外，光对微小物体的压力可以作为一种新的提供无接触支承的原理。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种一种基于光阱力的原子加速度计，包括原子冷却单元、位移检测单元、光功率探测单元、数据处理单元，电源，外壳，支撑杆，其特征在于：外壳是一个金属正方体，外壳与载体固定，载体为飞机、火箭或其它可移动物体；原子冷却单元位于外壳内部，为正方体结构，原子冷却单元通过支撑杆与外壳固定；位移检测单元固定在外壳内壁上，探测原子位置，输出含有携带位置信息的电信号至原子冷却单元；光功率探测单元固定在原子冷却单元外侧，用于实时探测冷却激光功率值，输出光功率的电信号到数据处理单元；数据处理单元固定在外壳内壁，数据处理单元的输入端与光功率探测单元连接，用于接收光功率探测单元输出的感应信号，并对其进行差分放大、滤波及数据输出；电源安装在外壳内壁上，为原子冷却单元、位移检测单元、光功率探测单元、数据处理单元供电。

进一步的，支撑杆分别连接原子冷却单元的八个顶点和外壳内部的八个顶点上，支撑杆为金属或碳纤维材料制成；位移检测单元采用光电位置探测器探测原子位置。

进一步的，原子冷却单元包括真空腔、激光分束模块、光衰减器、一对亥姆霍兹线圈和冷原子，其中激光分束模块发出的六路冷却激光分别经过六个光衰减器在真空腔中两两对射，形成光阱；一对亥姆霍兹线圈固定在真空腔外部，相互反向，两个线圈竖直中心轴线重合，中心相距6.5cm；冷原子位于真空腔中心位置。

真空腔包括腔体外壳、玻璃窗口，腔体外壳是一个6.5cm*6.5cm*6.5cm的立方体无磁金属结构，六个面的中心位置都有一个直径3.5cm的石英玻璃圆孔，即玻璃窗口，在真空腔上下两个面上安装一对亥姆霍兹线圈。