[发明专利]适用于SERF原子自旋惯性测量装置的三级温度控制系统

说明书

适用于SERF原子自旋惯性测量系统的三级温度控制系统，通过三级温度控制系统的相互配合，从而有效降低原子自旋惯性测量装置的温度梯度以及降低环境温度波动对于原子系综的影响，有效降低装置内部的热对流，从而降低对于检测模块的扰动，进而提升SERF原子自旋惯性测量装置的精度。本发明所述方法不需要大幅改动现有SERF原子自旋惯性测量装置的整体结构，可以有效兼容现有各代SERF原子自旋惯性测量装置，并且可以推广到同样具备无磁加热烤箱、磁屏蔽筒的原子自旋磁场测量装置，具备良好的经济性以及普适性。本发明所述方法可在原有的装置上进行改装，结构简单，易于实现，有效地抑制温度梯度造成的系统误差，提高测量精度和长期稳定性。

技术领域

本发明涉及原子自旋惯性测量技术，特别是一种适用于SERF原子自旋惯性测量装置的三级温度控制系统。

背景技术

基于无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)效应的原子自旋惯性测量系统相比于传统惯性测量仪表具有理论上更高精度、更小体积、更低成本的潜力，成为原子自旋陀螺仪重要的发展方向之一，未来可应用于海洋资源勘探，航空航天等长航时，高精度惯性导航领域。其中，SERF原子自旋惯性测量装置的精度极易受到温度的影响，首先实现SERF态需要将碱金属气室加热至较高温度，这会导致碱金属气室周围产生温度梯度，而且实现SERF态需要原子处于极弱磁场状态，目前采用多层屏蔽筒以及主动磁补偿线圈的方式实现极弱磁场，由于多层磁屏蔽筒层层嵌套，选用的材料导热系数不同，造成原子自旋陀螺仪内部温度梯度不均匀，引起陀螺仪内部空气对流加剧，对激光的偏振性能以及磁噪产生较大的影响。因此，如何降低SERF原子自旋陀螺仪内部的温度梯度，使得陀螺仪内部温度分布较为均匀成为工程上亟待解决的问题。因此研制一套适用于SERF原子自旋陀螺仪的多级温度控制系统已经十分迫切，针对未来实际应用场景的复杂性，同时对SERF原子自旋陀螺仪的气室和多层磁屏蔽筒等关键部位进行主动多级温度控制，有效减小样机内部的温度梯度，使得陀螺仪内部温度场稳定均匀。从而有效提升SERF原子自旋陀螺仪的的精度以及复杂环境条件下的适应能力，这将为未来原子自旋陀螺仪的工程化应用奠定坚实的基础。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于SERF原子自旋惯性测量装置的三级温度控制系统，该系统可以根据气室温度与环境温度的变化对SERF原子自旋陀螺仪的气室，多层磁屏蔽筒等关键位置同时进行温度控制，有助于降低陀螺仪内部气室高温产生的温度梯度以及环境温度波动对惯性测量装置性能的影响，对新一代SERF原子自旋惯性测量装置的工程化应用有着重要的意义和价值。

本发明的技术解决方案如下：

适用于SERF原子自旋惯性测量装置的三级温度控制系统，其特征在于，包括通过无磁加热烤箱和第一控制节点形成的第一级温度控制系统，通过无磁柔性加热膜和第二控制节点形成的第二级温度控制系统，以及通过可调保温装置和第三控制节点形成的第三级温度控制系统，所述无磁加热烤箱内设置有碱金属气室，所述无磁加热烤箱外被气凝胶包裹，所述无磁柔性加热膜设置在多层磁屏蔽筒的层与层之间，所述多层磁屏蔽筒被固定在主结构内，所述主结构位于所述可调保温装置内，所述第一控制节点、第二控制节点和第三控制节点均以铂电阻作为温度传感器，所述铂电阻通过多通道温度监控模块连接计算机，所述计算机分别连接所述第一级温度控制系统、第二级温度控制系统和第三级温度控制系统。

所述第一级温度控制系统将所述计算机设置的第一级设定温度通过所述第一控制节点传输给第一级温度控制模块，所述第一级温度控制模块通过功率放大器连接无磁加热烤箱，所述无磁加热烤箱通过温度传感器连接第一控制节点。

所述第二级温度控制系统将所述计算机设置的第二级设定温度通过所述第二控制节点传输给第二级温度控制模块，所述第二级温度控制模块通过功率放大器连接无磁柔性加热膜，所述无磁柔性加热膜通过温度传感器连接第二控制节点。