[发明专利]一种用于SERF陀螺仪的高稳定性法拉第调制器

说明书

本发明涉及一种用于SERF陀螺仪的高稳定性法拉第调制器，包括组合型螺线管、无磁恒温加热组件和磁屏蔽组件；所述磁屏蔽组件包括屏蔽盖和屏蔽筒；所述无磁恒温加热组件包括：保温筒、加热骨架、双绞加热丝、保温盖、加热盖、窗口片和双绞加热丝引出线；所述组合型螺线管包括线圈骨架、组合螺线管线圈、组合螺线管线圈引出线、磁光晶体、测温电阻和测温电阻引出线。本发明在满足指标要求的同时实现较为紧凑的体积；采取磁屏蔽设计，降低环境磁场变化对调制效果的影响；采取温控设计，降低环境温度变化对调制效果的影响。

技术领域

本发明属于惯性测量传感器技术领域，涉及一种高精度、小体积的无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxation Free-SERF)原子自旋陀螺仪，尤其是一种用于SERF陀螺仪的高稳定性法拉第调制器。

背景技术

利用原子无自旋交换弛豫原理工作的陀螺仪称为SERF原子自旋陀螺仪(简称SERF陀螺仪)，迄今多个国家已研制出多种类型的SERF陀螺仪原理验证系统，部分公司研制已处于工程化阶段。2002年，由普林斯顿大学在“CPT(电荷共轭-宇称-时间反演)是否守恒实现”研究过程中实现了原子自旋系综的SERF态，该自旋系综状态大幅提高了自旋器件的理论灵敏度。普林斯顿大学物理系分别于2005年、2011年完成了第一、第二代SERF陀螺仪原理样机研制工作。TWINLEAF公司获得美国国防部的大力支持，致力于SERF原子自旋陀螺技术研究。霍尼韦尔公司的研究小组开展了芯片级SERF原子自旋陀螺仪的研制。

SERF陀螺仪工作原理为：碱金属原子的电子自旋和惰性气体的核自旋，通过操控碱金属原子的电子自旋工作于SERF态，惰性气体原子的核自旋与碱金属原子的电子自旋强耦合。当载体转动时，碱金属原子的电子自旋保持定轴，检测激光固连在载体上而随载体转动，其与电子自旋的夹角反应了载体相对惯性空间转动。

SERF陀螺仪原理系统示意图如图1所示。通过光场、磁场对原子自旋的综合操控，可以实现原子自旋极化。当载体相对惯性空间转动时，固连于载体的泵浦激光跟随载体转动，将强迫原子自旋进动到泵浦激光方向。由于检测激光也固连于载体上，当载体相对惯性空间转动时，检测激光与原子自旋的夹角也会发生改变，夹角改变的大小反映了角速度的大小。检测激光会与原子自旋发生相互作用，不同的原子自旋指向使检测激光的线偏振方向发生改变，通过检测这一线偏振方向变化可以实现对角速度的测量。

探测光路模块实现信号检测，将原子自旋携带的角速度信息转化为可读信息。目前，针对SERF陀螺仪的线偏振光转角检测方法主要包括四种：差分偏振法、法拉第调制法、电光调制法以及光弹调制法。差分偏振法，标度因数准确，但无调制下信噪比低。法拉第调制法，检测灵敏度高，但硬件复杂、控制难。电光调制法，标度因数控制相对容易，但检测灵敏度相对较低。光弹调制法，通光孔径大、光路对准简单，但检测灵敏度相对较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于SERF陀螺仪的高稳定性法拉第调制器，可满足SERF陀螺仪原理验证系统探测光路模块对实现信号检测调制的需求。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于SERF陀螺仪的高稳定性法拉第调制器，包括组合型螺线管、无磁恒温加热组件和磁屏蔽组件；

所述磁屏蔽组件包括屏蔽盖和屏蔽筒，该屏蔽筒一端开口，在该屏蔽筒的开口侧安装有屏蔽盖，在屏蔽盖和屏蔽筒底部制有轴向通孔；

所述无磁恒温加热组件包括：保温筒、加热骨架、双绞加热丝、保温盖、加热盖、窗口片和双绞加热丝引出线；在所述屏蔽筒内侧同轴安装有保温筒，在保温筒的轴向两端分别安装有保温盖；在保温筒内侧同轴安装有加热骨架，所述加热骨架为一端开口结构，在其开口侧安装有加热盖；在加热骨架内嵌装有双绞加热丝，该双绞加热丝与双绞加热丝引出线的一端相连接；在加热盖和加热骨架底部轴向制有轴向通孔；在所述保温盖上轴向制有窗口通槽，在该窗口通槽靠近屏蔽盖和屏蔽筒一侧安装有窗口片。