[发明专利]一种适用于SERF惯性装置的温度梯度测试系统

说明书

一种适用于SERF惯性装置的温度梯度测试系统主要包括：气室温度梯度调节模块以及气室温度梯度实时监测模块构成。气室温度梯度调节模块主要包括由温度传感器，高精度温度控制电路板，多片无磁电加热膜以及滑动变阻器组成，温度控制电路板与滑动变阻器的相互配合，进而稳定塑造不同状态的气室温度梯度，气室温度梯度实时监测模块主要通过CCD相机实时采集不同气室温度梯度下干涉条纹的数量与疏密程度信息，从而实现气室温度梯度的实时监测。

技术领域

本发明涉及原子自旋惯性测量技术，特别是一种适用于SERF惯性装置的温度梯度测试系统。

背景技术

基于无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)效应的原子自旋惯性测量系统相比于传统惯性测量仪表具有理论上更高精度、更小体积、更低成本的潜力，未来可广泛应用于海洋资源勘探，航空航天等长航时，高精度惯性导航领域以及CPT对称性破缺等前沿科技领域(CPT，电荷-宇称-时间)。其中，SERF原子自旋惯性测量装置的精度极易受到温度的影响，SERF态需要无磁电加热模块将玻璃气室加热至较高的温度，由于气室被置于无磁电加热模块的中心，距离加热膜存在一定的距离，而且气室还会通过抽运和检测通光孔和外部环境发生热交换，因此会在气室内部产生温度梯度，气室温度梯度会影响气室内部的原子分布，进而影响SERF惯性测量装置的精度。因此，如何测试SERF原子自旋惯性测量装置气室内部的温度梯度对惯性测量装置精度的影响，成为工程上亟待解决的问题。因此研制一套适用于SERF原子惯性测量装置的温度梯度测试系统已经十分迫切，通过本发明的气室温度梯度测试系统，可以根据需要塑造实验所需的气室温度梯度，并实现气室温度梯度的实时监测。从而实现不同气室温度梯度的实验测试工作，这将为未来原子自旋惯性测量装置的工程化应用奠定坚实的基础。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于SERF惯性装置的温度梯度测试系统，该系统可以根据实验要求塑造不同状态的气室温度梯度，并实现气室温度梯度的实时测量，有助于测试不同气室温度梯度状态下的SERF惯性测量装置的实验测试，该发明对于评估SERF惯性测量装置气室温度梯度对惯性测量装置性能的影响以及新一代SERF原子自旋惯性测量装置的工程化应用有着重要的意义和价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种适用于SERF惯性装置的温度梯度测试系统，其特征在于，包括气室温度梯度调节模块以及气室温度梯度实时监测模块，所述气室温度梯度调节模块用于稳定塑造碱金属气室内部的温度梯度以满足SERF惯性测量装置的测试需要，所述气室温度梯度实时监测模块通过实时采集不同气室温度梯度下穿透碱金属气室的检测激光与绕过碱金属气室的参考激光所形成干涉条纹的数量与疏密程度信息以实现气室温度梯度的实时监测。

所述气室温度梯度调节模块直接作用于碱金属气室，由温度传感器，温度控制电路板，多片加热膜以及滑动变阻器组成，通过计算机将设定温度输入到温度控制电路板，通过导热硅胶粘贴在气室附近的温度传感器进行实时温度反馈，从而实现气室平均温度的闭环控制，此时通过调节与每片加热膜串联的滑动变阻器的阻值在气室温度稳定状态下稳定塑造气室内部温度梯度分布。

所述加热膜为无磁电加热膜，所述温度传感器为铂电阻，所述温度控制电路板采用PID控制技术。

所述气室温度梯度实时监测模块包括设置在碱金属气室检测激光入射侧的第一分光棱镜和出射侧的第二分光棱镜，所述第一分光棱镜将激光分为两束光强相同的检测激光束和参考激光束，所述检测激光束经过碱金属气室到达所述第二分光棱镜，所述参考激光束依次经过第一反射镜和第二反射镜到达所述第二分光棱镜，所述参考激光束与检测激光束在所述第二分光棱镜处汇合后的干涉条纹通过CCD相机采集并实时上传至计算机，所述计算机通过计算图像不同位置的灰度值得出一对相邻明暗条纹所对应的温度梯度，通过计算明暗条纹的个数以及疏密得出温度梯度的大小与均匀信息，以实现温度梯度的实时监测与重构。