[发明专利]一种核磁共振陀螺仪的三维Braunbeck驱动线圈

说明书

本发明提供了一种核磁共振陀螺仪的三维Braunbeck驱动线圈，包括：三维线圈组，所述三维线圈组由x轴Braunbeck线圈、y轴Braunbeck线圈、z轴Braunbeck线圈构成，每一维线圈组均由两对共四只线圈组成，且线圈共轴，四只线圈两两相对安装，并由一条漆包线绕制在四只线圈上将四只线圈串联，留出抽头；共轴的四只线圈分一大一小两组，且关于其几何中心O对称，通过设定大小两组线圈之间位置关系，达到扩大中心均匀区的目的。本发明通过线圈间的磁场叠加，消除中心磁场误差余项，从而提高磁场均匀性。本发明应用Braunbeck线圈取代传统的亥姆霍兹线圈，具有体积小、中心磁场均匀度好的特点，对于核磁共振陀螺仪的小型化具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及核磁共振陀螺仪技术领域，具体地，涉及一种核磁共振陀螺仪的三维Braunbeck(布鲁贝克)驱动线圈。

背景技术

核磁共振陀螺仪是利用处于进动态的宏观粒子总磁矩作为参考基准，通过法拉第调制作用捕捉系统敏感轴上的角速度。该种陀螺仪能够真正摆脱机械摩擦带来的误差，具有应用MEMS技术的广阔前景，已经有小型化的实验室样机，成为未来新型陀螺仪发展的方向。

核磁共振陀螺仪通过施加空间磁场和光泵浦，使得原子气室中的惰性气体和碱金属处于进动状态，粒子磁矩在平面内的投影将会对穿过气室的探测光产生调制作用。空间磁场的大小方向、频率、稳定度、和均匀性等指标对于测量结果的准确性具有决定性的影响，这对于三维驱动线圈的性能提出了极高的要求。

在传统的设计中，亥姆霍兹线圈因其结构简单，中心均匀度好，成为空间磁场线圈应用中的首选，但是由该种线圈产生一定大小的均匀磁场所需的体积很大，并不适合小型化的应用。

经对现有技术的检索发现以下相关技术文献：

专利号CN 105070455 A发明了一种径向开口的无矩螺线管磁场线圈，磁场线圈由由内外两个螺线管组合而成，每个螺线管上沿中心剖面为中轴左右对称分布有两对绕组，每对绕组包括两段绕组，处于中轴同一侧的一对绕组，两段绕组之间留有空隙。这种设计由于螺线管之间反向串联，导致两螺线管磁场相互抵消，不利于产生较大的磁场，同时结构复杂，不适用于核磁共振陀螺仪应用。

专利号：CN 105424022 A，该专利应用螺线管替代纵向亥姆霍兹线圈，包括内层圆柱筒、外层圆柱筒、鞍形线圈和螺旋线；提高了静磁场均匀性，在螺线管管壁上覆两对鞍型线圈来作为三维线圈的两轴，螺线管外覆线圈所谓第三轴。但由于其管壁内的两轴每轴只由两只线圈完成，无法抵消磁场中的低阶余项，在中心区域的均匀性上无法满足更高的应用要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种核磁共振陀螺仪的三维Braunbeck驱动线圈，通过选取特殊的安装位置使得线圈产生的磁场中的低阶余项尽可能抵消，在压缩线圈体积的情况下，依然可以提供具有良好均匀性的稳定磁场区。

为实现以上目的，本发明提供一种核磁共振陀螺仪的三维Braunbeck驱动线圈，包括三维线圈组，所述三维线圈组包括x轴Braunbeck线圈、y轴Braunbeck线圈、z轴Braunbeck线圈，所述x轴Braunbeck线圈、y轴Braunbeck线圈、z轴Braunbeck线圈分别构成一维线圈组，并分别加载在x、y、和z轴上，x轴Braunbeck线圈、y轴Braunbeck线圈、z轴Braunbeck线圈的轴线互相正交且相交于几何中心点O，其中：每一维线圈组均由两对共四只线圈组成，且四只线圈共轴；每一维线圈组内的四只线圈两两相对安装，并由一条导线绕制在四只线圈上从而将四只线圈串联连接，每一维线圈组分别引出抽头以外接驱动源，以在整个所述驱动线圈中心产生所需磁场；