[发明专利]一种高匀场气室加热结构

说明书

一种高匀场气室加热结构，用于原子自旋惯性测量系统，包括支撑基座、保温装置和加热装置，保温装置包覆所述加热装置后固定于支撑基座内部；加热装置内导热装置和包裹内导热装置侧面整体的高匀场加热膜；内导热装置包括高导热率材料制成的相互对接的气室座和气室固定件，碱金属气室通过气室座和气室固定件的相互对压进行夹持包覆，增大了碱金属气室的导热面积，避免了碱金属气室局部温度过高。高匀场加热膜直接包覆在高导热率材料制成的气室座和气室固定件的侧面，且高匀场加热膜为正常工作的温度波动幅度保持在5mK‑8mK的高匀场加热膜，使得原子自旋惯性测量系统正常工作时碱金属气室内部温度波动维持在0.5K‑1.5K之间。

技术领域

本发明涉及原子自旋惯性测量系统技术领域，具体涉及用于原子自旋惯性测量系统的一种高匀场气室加热结构。

背景技术

原子自旋惯性测量系统是目前导航领域内理论上精度最高的惯性测量系统，碱金属气室作为原子自旋惯性测量系统的核心部件，其气室内的原子密度对原子自旋惯性测量系统输出信号的灵敏度有直接影响，而碱金属原子的密度由气室的加热温度决定，气室加热温度的稳定性和均匀性受气室加热结构的影响，所以高匀场气室加热结构对提高原子自旋惯性测量系统的输出信号灵敏度具有重要意义。温度换热过程主要有三种方式，传导换热，对流换热和辐射换热，对于气室来说，不同位置换热方式不同会影响气室温度稳定性和均匀性。

现有原子自旋惯性测量系统的加热系统目前主要使用的是无磁高频电加热系统，结构比较简单，通过高性能的闭环电路进行温度控制，但是该系统只是单点控温，只能保证温度传感器位置的温度非常精确，对气室整体的温度梯度没有办法进行监控，使得气室的平均温度和温度传感器位置的温度至少存在3K的温差，而且由于加热结构与其他结构之间存在严重的对流换热和传导换热问题，气室温度场很不均匀，比如气室泡壁不同检测部位的温差高达8K，这严重影响了原子自旋惯性测量系统的测量精度。同时加热产生的高温会对原子自旋惯性测量装置的其它测量部件产生影响，比如，在加热结构的外面是原子自旋惯性测量系统的磁屏蔽结构，该磁屏蔽结构会因气室加热结构的高温影响而磁场屏蔽性能下降，温度的不均匀，也会造成气室中原子所处的极低磁场环境产生扰动，这都会使输出信号的灵敏度偏低。

发明内容

本发明提供一种能够精确测温的高匀场气室加热结构，不仅可以隔绝加热装置的反向传导换热和光束孔的对流换热，还可以克服现有无磁高频电加热系统中温度测量不准确、传导换热及对流换热产生的温度梯度大的问题。本发明所述的高匀场是指，气室内部温度梯度不大于1.5K。

本发明技术方案如下：

一种高匀场气室加热结构，包括支撑基座、保温装置和加热装置，所述保温装置包覆所述加热装置后固定于所述支撑基座内部；所述加热装置包括内导热装置和包裹所述内导热装置侧面整体的高匀场加热膜；所述内导热装置包括高导热率材料制成的相互对接的气室座和气室固定件，所述气室座和气室固定件相互对接的底面设有用于夹持并包覆碱金属气室的凹槽，使得所述高匀场加热膜通过内导热装置对所述碱金属气室加热，当原子自旋惯性测量正常工作时，碱金属气室内的温度梯度或温度波动范围维持在0.5K-1.5K之间。

作为优选，对应所述碱金属气室的中心位置，所述支撑基座、保温装置和加热装置的侧面分别开有若干检测光通道；所述气室固定件远离其凹槽一侧的底面开有贯通该凹槽的抽运光孔，对应所述抽运光孔位置，所述支撑基座和保温装置分别设有抽运光通道；所述支撑基座的抽运光通道位置设有用于固定抽运光窗镜的抽运光窗镜孔，所述支撑基座的检测光通道位置设有用于固定检测光窗镜的检测光窗镜孔，所述抽运光窗镜和所述检测光窗镜均为高透光的非晶体材料。

作为优选，所述高匀场气室加热结构还包括用于将所述保温装置固定于所述支撑基座内部的旋盖，和/或所述抽运光窗镜及所述检测光窗镜均先粘接于窗镜支撑框后，通过所述窗镜支撑框粘接于所述支撑基座抽运光窗镜孔及检测光窗镜孔，和/或所述保温装置包括桶状保温结构和用于密封所述桶状保温结构开口端的保温盖。