[发明专利]一种用于原子自旋陀螺仪的无磁电加热系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于原子自旋陀螺仪的无磁电加热系统，可用于原子自旋陀螺仪碱金属气室的加热，代替气流加热装置，消除气流加热装置带来的气流扰动、温度无法控制、体积庞大不易集成等缺陷，隔离热气流及热辐射对磁屏蔽系统性能的干扰。

背景技术

原子自旋陀螺仪以其具有超高精度、理论性能大幅超越现有陀螺仪的特性得到了世界各国的重视，引起了该领域的研究热潮。原子自旋SERF态的实现是的原子自旋陀螺仪关键技术，而温度是实现原子自旋SERF态的一个必要条件。目前，国内外研究机构采用的气流加热装置，其带来的气流扰动、温度无法控制、无法隔离热辐射对磁屏蔽系统性能的干扰的缺陷，降低了原子自旋陀螺仪的稳定性，进而降低了原子自旋陀螺仪的精度。同时气流加热装置体积庞大不易原子自旋陀螺仪的小型化，影响其工程的应用价值。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有气流加热装置体积庞大不易原子自旋陀螺仪的小型化、气流扰动、温度无法控制、无法隔离热辐射对磁屏蔽系统性能的干扰的缺陷，提供一种体积小、温度易控制、无气流扰动的用于原子自旋陀螺仪的无磁电加热系统。

本发明的技术解决方案是：一种用于原子自旋陀螺仪的无磁电加热系统，包括无磁腔体、加热驱动子系统和温度控制子系统；无磁腔体包括电加热膜、内导热腔、外保温腔、真空腔、支座和温度传感器等部件组成；电加热膜位于内导热腔和外保温腔中间，三者通过高导热胶粘结成为一体；1个温度传感器通过高导热胶粘与支座相联；另一个温度传感器通过高导热胶粘与内导热腔相联；其中所述的无磁腔体用的电加热膜采用双层双绞线对绕方式，中心有通孔，用于光路的传播，所述的无磁腔体用的内导热层采用高导热氮化硼材料，中心均有通孔，用于光路的传播。所述的无磁腔体用的外保温层采用纳米多孔二氧化硅气凝胶高效隔热复合材料，中心均有通孔，用于光路的传播。所述的无磁腔体用的真空腔采用光学玻璃材质，避免对激光和偏振态等性能产生影响。加热驱动子系统由直流电源和继电器组成；温度控制子系统由单片机、DAC芯片及其外围电路实现；最后采用加热驱动子系统大功率快速加热至原子自旋陀螺仪预设温度，由温度开关切到温度控制子系统，由温度控制子系统低功率控制原子自旋陀螺仪工作温度相结合的方法，实现原子自旋陀螺仪的加热和温度控制。

温度控制子系统主要由16位单片机MSP430F149、12位DAC芯片DAC7611、TPS54160芯片及其外围电路、全桥电路和LC谐振电路组成。全桥电路由振荡频率为100kHz的晶体振荡电路、全桥驱动芯片、NMOS管及其外围电路组成；晶体振荡电路由无源晶体振荡器、分频器74HC4060组成，输出100kHz的方波，全桥驱动芯片采用UBA2032，NMOS管采用IRF540。

采用加热驱动子系统大功率快速加热至原子自旋陀螺仪预设温度，由温度开关切到温度控制子系统，由温度控制子系统低功率维持原子自旋陀螺仪工作温度相结合的方法，实现原子自旋陀螺仪的加热和温度控制，其具体方法为：将温度开关与加热驱动子系统的直流电源接通，加热至原子自旋陀螺仪工作温度，温度传感器将温度信号反馈给温度开关，温度开关断开与加热驱动子系统的直流电源的联接，转向与温度控制子系统的接通；利用芯片为MSP430F149的16位单片机，对温度传感器输出信号进行采集，单片机内部运行温度控制的数字PID算法，将控制信号通过12位型号为DAC7611的DAC芯片输出，输出的控制信号的电压幅值为0—0.8V；该输出的控制信号输入降压型DC-DC电路的SS/TR引脚，通过对电源输出电压比值为49:1的分压反馈，实现当SS/TR引脚的电压值为0-0.8V变化时，对应降压型DC-DC电路输出为0-40V；将降压型DC-DC电路输出信号输入给全桥电路（332），将降压型DC-DC电路输出的直流电压逆变为频率为100kHz方波，此方波经过谐振频率为100kHz的LC谐振电路后成为100kHz的正弦波，施加给无磁腔体中的电加热膜实现原子自旋陀螺仪的温度控制。