[发明专利]一种一体式无自旋交换弛豫原子陀螺仪

说明书

本发明公开了一种一体式无自旋交换弛豫原子陀螺仪，包括碱金属气室基座、无磁电加热组件、磁场补偿组件、筒形光路支撑结构、磁屏蔽筒、支撑底座、消磁杆、主结构顶盖、屏蔽筒压紧结构和激光器。支撑底座为陀螺仪各器部件提供支撑和安装基准，消磁杆用于屏蔽筒和筒形光路支撑结构的导向和消磁，碱金属气室基座用于固定气室，主结构顶盖和屏蔽筒压紧结构用于结构的密封和磁屏蔽筒的固定。本发明置于屏蔽筒内部的筒形光路支撑结构解决了陀螺仪的小型化需求与减小磁屏蔽筒体积会增大磁噪声之间的矛盾，筒形光路支撑结构紧凑、对称，增强了陀螺仪的小型化、工程化前景，外层的磁屏蔽筒有效减小了磁噪声，有利于陀螺仪稳定性的提升。

技术领域

本发明涉及一种一体式无自旋交换弛豫原子陀螺仪，该陀螺仪置于屏蔽筒内部的筒形光路支撑结构解决了陀螺仪的小型化需求与减小磁屏蔽筒体积会增大磁噪声之间的矛盾，筒形光路支撑结构紧凑、对称，增强了陀螺仪的小型化、工程化前景，外层磁屏蔽筒有效减小了磁噪声，有利于陀螺仪稳定性的提升。

背景技术

基于无自旋交换弛豫(Spin-Exchange-Relaxation-Free,SERF)原理的原子陀螺仪由于其具有远高于现有测量手段的理论精度，在量子传感领域和高精度惯性导航领域备受国内外相关研究机构的广泛关注。而无自旋交换弛豫原子陀螺仪的小型化、工程化潜力，对未来高精度、长航时惯性导航系统的发展具有重要意义。

目前研究的无自旋交换弛豫原子陀螺仪的光路系统均置于磁屏蔽系统外部，然而SERF态对敏感元件处低磁场和低磁噪声的性能要求导致磁屏蔽系统体积无法缩小，这就导致现有陀螺仪结构与陀螺仪的小型化、工程化需求的矛盾。此外，现有的SERF原子陀螺仪光路长，而不同光学器件的组件之间基准不统一，整个光路的不稳定性高，不易于装配和调试。且由于检测光路置于屏蔽筒外部，就导致屏蔽筒侧壁的气室敏感轴位置上必须开通光孔，减小了屏蔽筒在敏感轴上的屏蔽系数，恶化敏感元件处的磁环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有SERF原子陀螺仪结构的不足，提供一种将整个光路支撑结构一体化并置于磁屏蔽筒内部的结构，解决了陀螺仪的小型化、工程化需求与减小屏蔽筒体积会增大磁噪声之间的矛盾，一体化的筒形光路支撑结构紧凑、对称，增强了陀螺仪小型化、工程化前景，且较大体积的外层高导磁屏蔽筒进一步减小了陀螺仪的磁噪声。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：一种一体式无自旋交换弛豫原子陀螺仪，包括碱金属气室基座，无磁电加热组件，磁场补偿组件，筒形光路支撑结构，磁屏蔽筒，支撑底座，消磁杆，主结构顶盖，屏蔽筒压紧结构和激光器；碱金属气室基座用于夹持作为陀螺仪敏感元件的玻璃气室，无磁电加热组件用于夹持碱金属气室基座，磁场补偿组件为无磁电加热组件提供安装基准，并通过无磁材料螺钉紧固，经过轴孔配合实现与筒形光路支撑结构的同轴定位；筒形光路支撑结构经过轴孔配合实现与支撑底座的同轴定位。消磁杆通过端部螺纹安装在支撑底座的对应螺纹孔上，磁屏蔽筒包含两层屏蔽筒，采用筒盖在内，筒体在外的结构设计，层与层之间通过支撑隔环实现配合定位，整体通过消磁杆实现与支撑底座的同轴定位，并利用主结构顶盖和屏蔽筒压紧结构进行固定与压紧；激光器通过螺钉固定在支撑底座上，发出激光进入磁屏蔽筒内部为陀螺仪提供所需光束；主结构顶盖和屏蔽筒压紧结构都通过螺钉安装在支撑底座上，三者共同构成整个陀螺仪结构的最外层封装，支撑底座位于陀螺仪最底部并为陀螺仪各部件提供安装基准。

进一步地，所述磁屏蔽筒采用高磁导率低噪声材料，从而屏蔽包括地磁场在内的环境磁场，陀螺仪除激光器以外的全部光路结构均置于磁屏蔽筒内部，并集成于筒形光路支撑结构上。

进一步地，所述筒形光路支撑结构材料为低导热率、低膨胀系数且无磁的塑料，通过定位柱与支撑底座进行轴孔配合实现同轴定位，该结构置于磁屏蔽筒内部并利用支撑隔环与磁屏蔽筒相互配合；光束通过磁屏蔽筒筒盖上的通光孔进入磁屏蔽筒内部，并分别通过筒形光路支撑结构上安装的直角棱镜和反射镜反射进入气室。

本发明与现有技术相比的优点在于：