[发明专利]一种温度梯度可调式的磁共振原子陀螺装置

说明书

本发明公开一种温度梯度可调式的磁共振原子陀螺装置，包括原子蒸气室，还包括无磁电加热片阵列，无磁电加热片阵列包括内环加热片阵列和外环加热片阵列，内环加热片阵列包括多个框型结构的无磁的加热片，外环加热片阵列包括多个框型结构的无磁的加热片，内环加热片阵列的各个加热片均匀分布贴合于原子蒸气室的泵浦光出光侧外表面的泵浦光斑处；外环加热片阵列的各个加热片均匀分布贴合于原子蒸气室泵浦光入光侧外表面的边缘。本发明利用温度信息到光电信息的转化，以及集成多路分别加热控温方式，减小甚至消除原子蒸气室内温度梯度，更高效、更精确地评估并调节原子蒸气室内的温度分布，使得进一步提升磁共振原子陀螺装置的检测灵敏度。

技术领域

本发明技术涉及超灵敏传感器技术领域，更具体涉及一种温度梯度可调式的磁共振原子陀螺装置，消除了现有气体加热方法中加热带来的气流扰动、温度控制不精确、装置复杂等缺点，解决了现有电加热方法中温度梯度影响原子陀螺工作参数等问题，优化、调节了温度梯度、改善了结构、提升了性能。

背景技术

随着惯性导航技术的发展，陀螺装置也在不断进步，从最早期基于角动量守恒的机械陀螺到基于赛格尼克理论的光纤陀螺，再到现在广泛应用的小体积、高精度微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)陀螺。机械陀螺受限于装置本身的阻尼等系统误差；光纤陀螺虽精度较高但其受限于光纤环路的大小，精度会随着环路的减小而下降，无法同时满足小型化和高精度的需求；高精度MEMS陀螺由于内部存在机械部件，在物体做剧烈运动时容易到碰撞而损坏。近年来，一种新型的原子磁共振陀螺装置，由于其无机械部件，精度与尺寸无关，更高的理论灵敏度，小型化优势等，从而得到了广泛的关注和发展。

磁共振原子陀螺装置是一种超灵敏的陀螺仪，与现有的惯性陀螺装置相比，在理论上，它具有更高的精度、更优的性能[T.W.Kornacket al.,Nuclear Spin GyroscopeBased on an Atomic Comagnetometer,Phys.Rev.Lett.,95(23),2005,230801.]。因此，国际上相关领域的科学家对磁共振原子陀螺装置的研究一直注入着极大的热情。原子蒸气室加热过程中，温度的稳定性及产生的温度梯度都会对磁共振原子陀螺的工作性能产生一定的影响，所以，优化加热系统是实现磁共振原子陀螺装置的必要条件。早前，国内外的研究者采用气流加热系统，其具有无磁加热的特点，后由于温度无法精确控制和气流产生扰动等因素的影响，改用电加热。电加热的方法虽然能达到温度的精确控制，但是目前还没有一种加热系统设计能够精准标定原子蒸气室内温度分布并消除温度梯度影响的技术或者方法。本发明装置利用激光通过原子蒸气的光强变化标定二维温度分布并同步反馈自动调节温度梯度的方法，从而实现一种温度梯度可调式的磁共振原子陀螺装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种温度梯度可调式的磁共振原子陀螺装置，克服现有的电加热系统中温度不均匀性对磁共振原子陀螺装置性能的影响，具有体积小、温度易控制、加热效率高的特点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种温度梯度可调式的磁共振原子陀螺装置，包括原子蒸气室，还包括无磁电加热片阵列，无磁电加热片阵列包括内环加热片阵列和外环加热片阵列，内环加热片阵列包括多个框型结构的无磁的加热片，外环加热片阵列包括多个框型结构的无磁的加热片，内环加热片阵列的各个加热片均匀分布贴合于原子蒸气室的泵浦光出光侧外表面的泵浦光斑处；外环加热片阵列的各个加热片均匀分布贴合于原子蒸气室泵浦光入光侧外表面的边缘。