一種微型核磁共振陀螺儀氣室的製作方法

2023-06-07 09:02:06 2

一種微型核磁共振陀螺儀氣室的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種微型核磁共振陀螺儀氣室，所述的核磁共振陀螺儀氣室中的微型氣室由下封裝玻璃、氣室基板、上封裝玻璃、工作介質組成；微型反射器由四塊外形和尺寸均相同的微型反射鏡組成。本實用新型的一種微型核磁共振陀螺氣室，通過微細加工方法可以實現毫米級或者亞毫米級尺度的微型氣室；採用微型反射器能夠引導探測光線，實現核磁共振陀螺儀中泵浦光源與光電探測器在氣室同側布置，以利於整個儀器的小型化。本實用新型的微型核磁共振陀螺儀氣室具有體積微小、結構緊湊，不存在內壁鍍膜困難和膜層材料選擇受限的問題，氣室製備方法與工藝簡單的特點。
【專利說明】
_種微型核磁共振陀螺儀氣室
技術領域
[0001]本實用新型屬於核磁共振陀螺儀小型化技術領域，具體涉及一種微型核磁共振陀螺儀氣室，能夠用做核磁共振陀螺儀的原子氣室。
【背景技術】
[0002]核磁共振陀螺儀是利用原子核的自旋磁矩在磁場中的進動實現對慣性物體角速度進行測量的一種固態陀螺儀，小型化核磁共振陀螺儀是新型陀螺儀的一個重要研究方向。核磁共振氣室是核磁共振陀螺儀的核心器件之一，其體積是制約核磁共振陀螺儀小型化的關鍵因素之一。因此，微小尺度的核磁共振氣室的製備是核磁共振陀螺儀技術研究的一個重要領域。
[0003]為便於核磁共振陀螺儀總體結構的小型化，美國加州大學的研究團隊提出通過核磁共振氣室結構設計使得慄浦光源與光探測器布置在氣室同側的設計思路。該團隊基於該思路設計了一種金字塔形核磁共振氣室，並通過MEMS工藝成功製備出了氣室體積僅為Imm3、封裝尺寸為3.8mm X 3.8mm X 1.8mm(約為26mm3)的微型NMR氣室。但該氣室仍存在氣室反射面角度不可調、製備工藝複雜、鍍膜難度高且膜層材料選擇受限等問題。

【發明內容】

[0004]為了克服現有技術中微型核磁共振陀螺儀氣室存在製備工藝複雜、鍍膜困難且膜層材料選擇受限的不足，本實用新型提供一種微型核磁共振陀螺儀氣室。本實用新型是基於慄浦光源與光探測器在氣室同側的核磁共振陀螺儀結構布局思路。
[0005]本實用新型解決上述技術問題的方案是:
[0006]本實用新型的一種微型核磁共振陀螺儀氣室，其特點是，所述的核磁共振陀螺儀氣室包括微型氣室和微型反射器。所述的微型核磁共振陀螺儀氣室含有下封裝玻璃、氣室基板、上封裝玻璃、工作介質。所述的氣室基板的中心加工有微孔。所述的下封裝玻璃的上表面與氣室基板的下表面固定，氣室基板的上表面與上封裝玻璃的下表面固定。所述的氣室基板的微孔、下封裝玻璃的上表面、上封裝玻璃的下表面構成一個密封腔體。所述的工作介質通過密封腔體封裝於氣室基板的微孔中。所述的微型反射器包括四塊結構相同的楔形反射鏡，楔形反射鏡上均加工有反射鏡面，四個反射鏡面構成一個空間反射面組。所述的微型反射器通過上封裝玻璃與微型氣室固定，且微型反射器與微型氣室的中心軸線重合。
[0007]所述的氣室基板中心的微孔為圓形或者方形中的一種。
[0008]所述的反射鏡面上鍍有用於反射探測光線的高反射率膜層。
[0009]所述的密封腔體的上、下表面鍍有抗弛豫膜層。
[0010]所述的氣室基板中心的微孔的孔壁上鍍有抗弛豫膜層。
[0011]本實用新型的原理是，利用微加工技術在氣室基板上加工出圓形或方形的微孔，通過陽極鍵合方法將下封裝玻璃與氣室基板的底面固定在一起，向氣室基板中的微孔中注入工作介質，通過陽極鍵合方法將上封裝玻璃與氣室基板的頂面固定在一起以完成工作介質的密封，並最終製備成含有核磁共振陀螺儀工作介質的微型氣室;通過粘接，將四塊結構和尺寸均相同的楔形反射鏡的組合在一起以加工出微型反射器;再通過粘接方式，將微型反射器與上封裝玻璃固定在一起，完成整個微型核磁共振陀螺儀氣室的製備。
[0012]本實用新型的有益效果是:
[0013](I)本實用新型的一種微型核磁共振陀螺儀氣室，結構緊湊，能夠實現毫米級或者亞毫米級尺度的微型氣室的製備；
[0014](2)在微型反射器中四個楔形反射鏡的反射鏡面構成了一個空間反射鏡組，能夠將光源發出的穿過微型氣室的探測光線引導至探測光源一側，從而實現核磁共振陀螺儀中光源與探測器同側布局方法，進而有利於整個核磁共振陀螺儀的結構小型化。
[0015](3)楔形反射鏡中，反射鏡面的角度可變，可以根據實際光路布局需要進行設計，有利於光源與探測器位置的選擇和布置。
[0016](4)在氣室加工製備過程中，由於反射鏡面是楔形反射鏡的外表面，不存在內壁鍍膜困難和膜層材料選擇受限的問題，加工工藝簡單。
【附圖說明】

[0017]圖1為本實用新型的微型核磁共振陀螺儀氣室的三維剖切圖；
[0018]圖2為本實用新型的微型核磁共振陀螺儀氣室的剖視圖；
[0019]圖3為本實用新型中的微型氣室的三維剖切圖；
[0020]圖4為本實用新型中的微型反射器的三維剖切圖；
[0021]圖5為本實用新型中的楔形反射鏡的結構示意圖；
[0022]圖6為本實用新型中的楔形反射鏡的截面圖；
[0023]圖7為本實用新型在核磁共振陀螺儀中的工作原理圖。
[0024]圖中，1.下封裝玻璃2.氣室基板3.上封裝玻璃4.工作介質5.楔形反射鏡6.反射鏡鏡面7.光源8.光電探測器A.慄浦光B.探測光。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型作詳細描述。
[0026]實施例1
[0027]圖1為本實用新型的微型核磁共振陀螺儀氣室的三維剖切圖，圖2為本實用新型的微型核磁共振陀螺儀氣室的剖視圖，圖3為本實用新型中的微型氣室的三維剖切圖，圖4為本實用新型中的微型反射器的三維剖切圖，圖5為本實用新型中的楔形反射鏡的結構示意圖，圖6為本實用新型中的楔形反射鏡的截面圖，圖7為本實用新型在核磁共振陀螺儀中的工作原理圖。
[0028]在圖1?圖7中，本實用新型的一種微型核磁共振氣室包括微型氣室和微型反射器。所述的微型核磁共振陀螺儀氣室含有下封裝玻璃1、氣室基板2、上封裝玻璃3、工作介質4。所述的氣室基板2的中心加工有微孔。所述的下封裝玻璃I的上表面與氣室基板2的下表面固定，氣室基板2的上表面與上封裝玻璃3的下表面固定。所述的氣室基板2的微孔、下封裝玻璃I的上表面、上封裝玻璃3的下表面構成一個密封腔體。所述的工作介質4通過密封腔體封裝於氣室基板2的微孔中。所述的微型反射器包括四塊結構相同的楔形反射鏡5，楔形反射鏡5上均加工有反射鏡面6，四個反射鏡面6構成一個空間反射面組。所述的微型反射器通過上封裝玻璃3與微型氣室粘接固定，且微型反射器與微型氣室的中心軸線重合。
[0029]所述的反射鏡面6上鍍有用於反射探測光線的高反射率膜層。
[0030]所述的密封腔體的上、下表面鍍有抗弛豫膜層。
[0031 ]所述的氣室基板2中心的微孔的孔壁上鍍有抗弛豫膜層。
[0032]本實施例中，氣室基板2中心的微孔為圓形;共設置有四個楔形反射鏡，楔形反射鏡5為其中一個;共有四個反射鏡面，反射鏡面6為其中一個。
[0033]本實用新型的製備過程如下:
[0034](I)通過微加工技術在氣室基板2中心加工出微孔；
[0035](2)通過陽極鍵合方法將下封裝玻璃I固定在氣室基板2的底面；
[0036](3)向氣室基板2的微孔中注入工作介質4;
[0037](4)通過陽極鍵合方法將上封裝玻璃3固定在氣室基板2的頂面，從而將工作介質密封在氣室基板2的微孔中；
[0038](5)通過光學加工方法加工出楔形反射鏡5;
[0039](6)在楔形反射鏡5的反射鏡面6上鍍上高反射率的薄膜；
[0040](7)通過粘接，將四塊相同的楔形反射鏡5的組合在一起以加工出微型反射器2;
[0041](8)通過粘接，將微型反射器2和微型氣室I中的上封裝玻璃鍵合在一起，從而完成整個微型核磁共振氣室的製備。
[0042]本實用新型在核磁共振陀螺儀中的工作過程如圖7所示，微型氣室I中密封的工作介質4在光源3發出的慄浦光A、外加靜磁場和振蕩磁場(未不出)的作用下產生核磁共振效應;光源3發出的探測光B穿過氣室後經微型反射器2上的楔形反射鏡5兩次反射後入射到與光源3同側的光電探測器4上，從而實現對氣室工作介質核磁共振信號的拾取。
[0043]本實用新型中，楔形反射鏡5的反射鏡面6與底面的夾角β根據慄浦光A和探測光B的夾角α以及光電探測器4的位置確定，入射到光電探測器4中的探測光線B、慄浦光線A的夾角γ與α、β的關係為γ =4β-α-π。
[0044]實施例2
[0045]本實施例與實施例1的結構相同，不同之處是，氣室基板2中心的微孔為方形。
【主權項】
1.一種微型核磁共振陀螺儀氣室，其特徵在於，所述的核磁共振陀螺儀氣室包括微型氣室和微型反射器;所述的微型核磁共振陀螺儀氣室含有下封裝玻璃(I)、氣室基板(2)、上封裝玻璃(3)、工作介質(4);所述的氣室基板(2)的中心加工有微孔;所述的下封裝玻璃(I)的上表面與氣室基板(2)的下表面固定，氣室基板(2)的上表面與上封裝玻璃(3)的下表面固定;所述的氣室基板(2)的微孔、下封裝玻璃(I)的上表面、上封裝玻璃(3)的下表面構成一個密封腔體;所述的工作介質(4)通過密封腔體封裝於氣室基板(2)的微孔中；所述的微型反射器包括四塊結構相同的楔形反射鏡(5)，楔形反射鏡(5)上均加工有反射鏡面(6)，四個反射鏡面(6)構成一個空間反射面組;所述的微型反射器通過上封裝玻璃(3)與微型氣室粘接固定，且微型反射器與微型氣室的中心軸線重合。2.根據權利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特徵在於，所述的氣室基板(2)中心的微孔為圓形或者方形中的一種。3.根據權利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特徵在於，所述的反射鏡面(6)上鍍有用於反射探測光線的高反射率膜層。4.根據權利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特徵在於，所述的密封腔體的上、下表面鍍有抗弛豫膜層。5.根據權利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特徵在於，所述的氣室基板(2)中心的微孔的孔壁上鍍有抗弛豫膜層。
【文檔編號】G01C19/62GK205718992SQ201620528522
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】汪寶旭, 朱明智, 蘇瑞峰, 陳剛
【申請人】中國工程物理研究院總體工程研究所