[发明专利]一种小型一体化双轴无自旋交换弛豫陀螺仪结构

说明书

本发明公开了一种小型一体化双轴无自旋交换弛豫陀螺仪结构，主要由碱金属气室温控组件、磁补偿线圈骨架、磁屏蔽筒、主结构、抽运光稳频组件、检测光稳频组件、检测光束分光组件等组成。碱金属气室温控组件用于夹持作为陀螺仪核心敏感部件的碱金属气室。磁补偿线圈骨架设计为独立的中空结构。主结构采用分立小腔室设计。抽运光稳频组件采用饱和吸收稳频光路结构设计方案。检测光稳频组件采用FP腔稳频光路设计方案。检测光束分光组件采用BS分光的结构设计方案。本发明结构简单、功能完备，可实现两个自由度角速率的同时测量，简化了无自旋交换弛豫陀螺仪的装配和调试过程，碱金属气室二级温控方案和抽运、检测激光稳频方案可以提高陀螺仪稳定性。

技术领域

本发明涉及陀螺仪的技术领域，具体涉及一种小型一体化双轴无自旋交换弛豫陀螺仪结构。

背景技术

目前，在高精度惯性导航领域，原子陀螺仪是新一代高精度陀螺仪的重要发展方向，其中，基于无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)技术的原子自旋陀螺仪因其具有超越现有相关测量手段的超高理论精度，其理论零偏稳定性指标可高达10^-8°/h，是未来长航时、高精度惯性导航系统的首选；发展SERF原子自旋陀螺仪对于国防安全和经济发展具有重大意义。

目前研究的无自旋交换弛豫陀螺仪结构，碱金属气室采用一级温控结构，且碱金属气室与磁补偿线圈采用一体结构，不便于气室的拆装，增加样机拆装的工作量；另外，现有陀螺仪装置中虽具备双轴加速率测试的能力，但是其结构过于复杂，不便于安装与调试；第三，SERF原子自旋陀螺仪主要依靠抽运光和检测光的闭环实现角速度的测量，但现有的SERF陀螺仪结构采用整机统一控制的方式，导致各部件组装后容易形成干扰，降低测量精度。总之，现有的SERF陀螺仪装置的结构形式使得陀螺仪结构复杂，拆装困难，且各组件之间易形成干扰，不利于无自旋交换弛豫陀螺仪精度的提高和进一步小型化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有无自旋弛豫陀螺仪结构的不足，提供一种结构简单、功能完备，可实现两个自由度角速率的同时测量的小型一体化双轴无自旋交换弛豫陀螺仪结构，简化了无自旋交换弛豫陀螺仪的装配和调试过程，碱金属气室二级温控方案和抽运、检测激光稳频方案可以提高陀螺仪稳定性。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种小型一体化双轴无自旋交换弛豫陀螺仪结构，包括碱金属气室温控组件、磁补偿线圈骨架、磁屏蔽筒、主结构、抽运光稳频组件、检测光稳频组件和检测光束分光组件，碱金属气室温控组件用于夹持作为陀螺仪核心敏感部件的碱金属气室，为碱金属气室提供安装基准，并可降低光路调试的复杂性。磁补偿线圈骨架设计为独立的中空结构，为碱金属气室温控组件提供安装基准，二者通过轴孔配合实现同轴定位，并用轴向安装螺母实现固定。磁屏蔽筒为三层屏蔽结构且采用筒体在内，桶盖在外的结构设计，每层通过磁屏蔽筒支撑环之间的配合实现定位，整体结构依靠内部的消磁杆实现与主结构的同轴定位，桶盖与主结构通过六个定位孔与屏蔽筒轴向安装螺母实现定位与压紧。检测光稳频组件中TEC位于FP腔与组件垫板之间，通过定位孔与螺钉实现在检测光稳频组件的定位与紧固，用于FP腔的温度控制。检测光束分光组件采用BS分光结构设计，将检测光分为两路，其中一路经过折入主结构底部的反射镜后再次进入磁屏蔽筒。主结构为陀螺仪所有部件提供安装基准，抽运光稳频组件通过主结构上均匀分布的定位孔实现定位，并用螺钉紧固在主结构上。

所述结构的碱金属气室温控组件采用两级温控结构，以进一步提高气室的温度稳定性和均匀性。碱金属气室温控组件与磁补偿线圈骨架在结构上是分离的，可以在不拆除线圈骨架的情况下更换气室，减少了陀螺仪样机拆装复杂性，减少工作量。

所述的主结构采用分立小腔的设计，隔离不同组件之间的影响。同时，主结构作为样机的热沉，有较为明显的温度波动，所以抽运光稳频组件、检测光稳频组件、检测光束分光组件与主结构之间都有垫板，减少光学器件与主结构的热交换，以提高光路系统稳定性。