一種微結構核磁共振陀螺儀的製作方法

2023-06-07 09:10:26 1

一種微結構核磁共振陀螺儀的製作方法
【專利摘要】一種微結構核磁共振陀螺儀，屬於原子傳感器領域。為了解決現有的核磁共振陀螺儀測量範圍小、體積大不適用微結構慣導系統問題。所述陀螺儀包括微結構原子氣室和核磁共振陀螺儀功能外殼；所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的前側和後側分別設置有第一光源和第一光電探測器，所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的左側和右側分別設置有第二光源和第二光電探測器，第一光源和第一光電探測器、第二光源和第二光電探測器形成的光路在前後與左右兩個方向成正交結構，所述微結構原子氣室位於核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結構的交點處。本發明用於慣性導航定位系統中。
【專利說明】 一種微結構核磁共振陀螺儀

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微結構核磁共振陀螺儀，屬於原子傳感器領域。

【背景技術】
[0002]陀螺儀用來測量物體的轉動和方向，它是慣性導航定位系統中最重要的傳感器之一，為系統提供姿態和轉動速率信息。目前廣泛使用的晶片陀螺儀屬於機械陀螺儀，然而晶片機械陀螺儀有長期漂移率大，對振動敏感等缺點，測量精度不理想。核磁共振陀螺儀是採用核磁共振技術的原子陀螺儀，核磁共振陀螺儀長期漂移率小，且不包含運動部件，利用幾乎不受外界幹擾的原子慣性特性來測量旋轉，因此對振動不敏感，但存在體積大和測量動態範圍小的缺點。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是為了解決現有的核磁共振陀螺儀測量範圍小、體積大不適用微結構慣導系統問題，本發明提供一種微結構核磁共振陀螺儀。
[0004]本發明的一種微結構核磁共振陀螺儀，
[0005]所述陀螺儀包括微結構原子氣室和核磁共振陀螺儀功能外殼；
[0006]所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的前側和後側分別設置有第一光源和第一光電探測器，所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的左側和右側分別設置有第二光源和第二光電探測器，第一光源和第一光電探測器、第二光源和第二光電探測器形成的光路在前後與左右兩個方向成正交結構，所述微結構原子氣室位於核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結構的交點處。
[0007]所述核磁共振陀螺儀功能外殼包括上方擋板、前擋板、後擋板、左擋板、右擋板和底座；所述上方擋板、前擋板、後擋板、左擋板、右擋板和底座圍成矩形空間；
[0008]所述底座為「十」字形結構，其中一個「I」字形結構的兩端分別設置一個定位孔，所述前擋板和後擋板結構相同，左擋板和右擋板結構相同，均為矩形結構；
[0009]所述前擋板、後擋板、左擋板和右擋板的下側面分別與底座的「十」字形結構的四個凸出結構的側面通過柔性連接件相連；
[0010]左擋板和右擋板的下側面分別設置一凸起，左擋板和右擋板分別通過所述凸起與底座的兩個定位孔相應連接；
[0011]左擋板、右擋板的左側面和右側面分別設置2個凸起，前擋板和後擋板上的兩側分別設置2個定位孔，左擋板和右擋板的凸起與前擋板和後擋板上的定位孔相應連接；
[0012]上方擋板上設置3個定位孔，後擋板、左擋板和右擋板的上側面分別設置一個凸起，所述上方擋板的3個定位孔分別與所述後擋板、左擋板和右擋板上側面的凸起連接，前擋板的上側面與上方擋板的側面通過柔性連接件相連；
[0013]所述前擋板的中心位置處安裝有第一光電探測器，所述後擋板的中心位置處安裝有第一光源；
[0014]所述左擋板的中心位置處安裝有第二光電探測器，所述前擋板的中心位置處安裝有第二光源；
[0015]所述微結構原子氣室安裝在底座的中心位置處。
[0016]所述陀螺儀還包括第一可調節1/4波片和第二可調節1/4波片；
[0017]所述第一光源的前方安裝有第一可調節1/4波片；
[0018]所述第二光源前方安裝有第二可調節1/4波片。
[0019]所述前擋板和後擋板上配套安裝有第一組磁場線圈，所述左擋板和右擋板上配套安裝有第二組磁場線圈7
[0020]所述陀螺儀還包括加熱片，所述底座的上表面貼有加熱片。
[0021]所述第一光源、第二光源、第一光電探測器、第二光電探測器、第一組磁場線圈、第二組磁場線圈和加熱片的供電輸入端通過柔性連接件內的導線與電連接線的一端連接。
[0022]所述微結構原子氣室為玻璃吹制的微結構球型氣室，所不氣室內含有鹼金屬原子Rb、緩衝氣體N2和兩種或兩種以上惰性氣體同位素。
[0023]所述柔性連接件為聚醯亞胺一導線一聚醯亞胺結構的連接件。
[0024]本發明的有益效果在於，本發明採用的由玻璃吹制的微結構球型氣室，相對於陽極鍵合製備的微結構氣室漏率較低，保證了本發明的核磁共振陀螺儀具有較好的長期穩定性；本發明在前後方向與左右方向上分別各有一套光源與光電探測器，在本發明工作時可分別實現原子沿兩個軸向的核磁共振，從而擴大了陀螺儀角度測量的範圍；本發明的微結構核磁共振陀螺儀一體化程度較高，使得整個系統具有高精度、微結構、低功耗的優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為【具體實施方式】中所述的一種微結構核磁共振陀螺儀摺疊後的結構示意圖。
[0026]圖2為【具體實施方式】中所述的一種微結構核磁共振陀螺儀的內部結構示意圖。
[0027]圖3為【具體實施方式】中所述的核磁共振陀螺儀功能外殼的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0028]結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，
[0029]所述陀螺儀包括微結構原子氣室14和核磁共振陀螺儀功能外殼；
[0030]所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的前側和後側分別設置有第一光源10和第一光電探測器8，所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的左側和右側分別設置有第二光源11和第二光電探測器9,第一光源和第一光電探測器8、第二光源11和第二光電探測器9形成的光路在前後與左右兩個方向成正交結構，所述微結構原子氣室14位於核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結構的交點處。
[0031]所述核磁共振陀螺儀功能外殼包括上方擋板1、前擋板2、後擋板3、左擋板4、右擋板5和底座15 ;所述上方擋板1、前擋板2、後擋板3、左擋板4、右擋板5和底座15圍成矩形空間；
[0032]所述底座15為「十」字形結構，其中一個「I」字形結構的兩端分別設置一個定位孔19，所述前擋板2和後擋板3結構相同，左擋板4和右擋板5結構相同，均為矩形結構；
[0033]所述前擋板2、後擋板3、左擋板4和右擋板5的下側面分別與底座15的「十」字形結構的四個凸出結構的側面通過柔性連接件18相連；
[0034]左擋板4和右擋板5的下側面分別設置一凸起，左擋板4和右擋板5分別通過所述凸起與底座15的兩個定位孔19相應連接；
[0035]左擋板4、右擋板5的左側面和右側面分別設置2個凸起，前擋板2和後擋板3上的兩側分別設置2個定位孔，左擋板4和右擋板5的凸起與前擋板2和後擋板3上的定位孔相應連接；
[0036]上方擋板I上設置3個定位孔，後擋板3、左擋板4和右擋板5的上側面分別設置一個凸起，所述上方擋板I的3個定位孔分別與所述後擋板3、左擋板4和右擋板5上側面的凸起連接，前擋板2的上側面與上方擋板I的側面通過柔性連接件18相連；
[0037]所述前擋板2的中心位置處安裝有第一光電探測器8，所述後擋板3的中心位置處安裝有第一光源10 ;所述左擋板4的中心位置處安裝有第二光電探測器9，所述前擋板3的中心位置處安裝有第二光源11 ;所述微結構原子氣室14安裝在底座15的中心位置處。
[0038]所述核磁共振陀螺儀功能外殼為對稱式可摺疊裝配結構，通過定位孔、柔性連接件(18)的連接使得整個外殼在前後與左右兩個方向上為正交結構，從而保證四面擋板的中心處於同一平面上，同時使氣室中心也處於該平面上，正交的系統結構保證了兩條光路也是正交的，使得該陀螺儀可以實現兩個軸向上的角度測量。
[0039]所述陀螺儀還包括第一可調節1/4波片12和第二可調節1/4波片13 ；
[0040]所述第一光源10的前方安裝有第一可調節1/4波片12 ；
[0041]所述第二光源11前方安裝有第二可調節1/4波片13。
[0042]所述前擋板2和後擋板3上配套安裝有第一組磁場線圈6，所述左擋板4和右擋板5上配套安裝有第二組磁場線圈7。
[0043]本實施方式中，第一組磁場線圈6繞在前擋板2和後擋板3的邊緣上；第二組磁場線圈7繞在左擋板4和右擋板5的邊緣上。
[0044]所述陀螺儀還包括加熱片16，所述底座的上表面貼有加熱片16，所述微結構原子氣室14安裝在底座的加熱片16上。
[0045]本實施方式中的加熱片16，用於實現對氣室溫度的控制。
[0046]所述微結構原子氣室14為玻璃吹制的微結構球型氣室,所述氣室內含有鹼金屬原子Rb、緩衝氣體N2和兩種或兩種以上惰性氣體同位素。
[0047]所述柔性連接件18為聚醯亞胺一導線一聚醯亞胺結構的連接件。
[0048]所述第一光源10、第二光源11、第一光電探測器8、第二光電探測器9、第一組磁場線圈6、第二組磁場線圈7和加熱片16的供電輸入端均通過底座上柔性連接件(18)中的導線與電連接線17的一端連接,所述電連接線17的另一端用於連接外接電路。
[0049]本實施方式在工作時，在所有結構根據各自定位孔裝配完成後，首先使第一光源10發出的光經第一可調節1/4波片12後轉換為圓偏光，作為激勵光源射入微結構原子氣室14內，使氣室內的Rb原子和Xe原子的兩種同位素處於激發態，第二光源11發出的光經第二可調節1/4波片13後轉換為線偏光，作為探測光穿過微結構原子氣室14入射到第二光電探測器9上，同時底座15上的加熱片16對氣室進行溫度控制，第一組磁場線圈6提供穩恆磁場，第二組磁場線圈7提供震蕩磁場，當陀螺儀系統發生角度變化時，探測器信號發生相應變化從而實現對角度變化的測量。另外，由於整個系統前後擋板與左右擋板上的安裝有相同的光源、探測器、可調節1/4波片和磁場線圈組合，因此當前後擋板與左右擋板上的組合裝置的功能互換時則可實現另一個軸向的角度測量。
[0050]微結構原子氣室14由玻璃吹制而成，氣室內部含有鹼金屬原子Rb、緩衝氣體隊和兩種或兩種以上惰性氣體同位素(如129Xe、131Xe)，第一光源10和第二光源11採用VCSEL雷射管制成，其波段為794.9nm，第一可調節1/4波片12和第二可調節1/4波片13可分別沿垂直鏡面的軸心實現360°旋轉，底座15邊緣貼的加熱片16採用ITO加熱膜，第一組磁場線圈6和第二組磁場線圈7採用細漆包線繞制，第一光電探測器8和第二光電探測器9為794.9nm波段探測器，柔性連接件18為聚醯亞胺一導線一聚醯亞胺的三明治結構。
【權利要求】
1.一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述陀螺儀包括微結構原子氣室(14)和核磁共振陀螺儀功能外殼； 所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的前側和後側分別設置有第一光源(10)和第一光電探測器(8),所述核磁共振陀螺儀功能外殼內的左側和右側分別設置有第二光源(11)和第二光電探測器(9),第一光源和第一光電探測器(8)、第二光源(11)和第二光電探測器(9)形成的光路在前後與左右兩個方向成正交結構，所述微結構原子氣室(14)位於核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結構的交點處。
2.根據權利要求1所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述核磁共振陀螺儀功能外殼包括上方擋板(11前擋板(2)、後擋板(3)、左擋板(4)、右擋板(5)和底座(15)；所述上方擋板(1)、前擋板(2)、後擋板(3)、左擋板(4)、右擋板(5)和底座(15)圍成矩形空間； 所述底座(15)為「十」字形結構，其中一個「1」字形結構的兩端分別設置一個定位孔(19),所述前擋板(2)和後擋板(3)結構相同，左擋板(4)和右擋板(5)結構相同，均為矩形結構； 所述前擋板(2)、後擋板(3)、左擋板(4)和右擋板(5)的下側面分別與底座(15)的「十」字形結構的四個凸出結構的側面通過柔性連接件(18)相連； 左擋板(4)和右擋板(5)的下側面分別設置一凸起，左擋板(4)和右擋板(5)分別通過所述凸起與底座(15)的兩個定位孔(19)相應連接； 左擋板(4)、右擋板(5)的左側面和右側面分別設置2個凸起，前擋板(2)和後擋板(3)上的兩側分別設置2個定位孔，左擋板(4)和右擋板(5)的凸起與前擋板(2)和後擋板(3)上的定位孔相應連接； 上方擋板(1)上設置3個定位孔，後擋板(3)、左擋板(4)和右擋板(5)的上側面分別設置一個凸起，所述上方擋板(1)的3個定位孔分別與所述後擋板(3)、左擋板(4)和右擋板(5)上側面的凸起連接，前擋板(2)的上側面與上方擋板(1)的側面通過柔性連接件(18)相連； 所述前擋板(2)的中心位置處安裝有第一光電探測器(8)，所述後擋板(3)的中心位置處安裝有第一光源(10)； 所述左擋板(4)的中心位置處安裝有第二光電探測器(9)，所述前擋板(3)的中心位置處安裝有第二光源(11)； 所述微結構原子氣室(14)安裝在底座15的中心位置處。
3.根據權利要求1或2所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述陀螺儀還包括第一可調節1/4波片(12)和第二可調節1/4波片(13)； 所述第一光源(10)的前方安裝有第一可調節1/4波片(12)； 所述第二光源(11)前方安裝有第二可調節1/4波片(13)。
4.根據權利要求3所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述前擋板(2)和後擋板(3)上配套安裝有第一組磁場線圈￠)，所述左擋板(4)和右擋板(5)上配套安裝有第二組磁場線圈(7)。
5.根據權利要求4所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述陀螺儀還包括加熱片(16),所述底座的上表面貼有加熱片(16),所述微結構原子氣室(14)安裝在底座的加熱片(16)上。
6.根據權利要求4所述的一種微結構核磁共振陀螺儀,其特徵在於，所述第一光源(10)、第二光源(11)、第一光電探測器(8)、第二光電探測器(9)、第一組磁場線圈(6)、第二組磁場線圈(7)和加熱片(16)的供電輸入端通過柔性連接件(18)內的導線與電連接線(17)的一端連接。
7.根據權利要求6所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述微結構原子氣室(14)為玻璃吹制的微結構球型氣室，所述氣室內含有鹼金屬原子1?、緩衝氣體吧和兩種或兩種以上惰性氣體同位素。
8.根據權利要求7所述的一種微結構核磁共振陀螺儀，其特徵在於，所述柔性連接件(18)為聚醯亞胺一導線一聚醯亞胺結構的連接件。
【文檔編號】G01C19/62GK104457730SQ201410850412
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】張鵬, 陳海濤, 李起棟, 黃輝, 劉興宇 申請人:中國電子科技集團公司第四十九研究所