[发明专利]一种调制式双轴原子自旋陀螺仪

摘要

本发明涉及一种调制式双轴原子自旋陀螺仪，由气室、无磁加热系统、磁屏蔽系统、三轴磁场控制线圈、抽运系统、电路系统、检测系统组成。气室内充有碱金属和惰性气体，无磁加热系统、磁屏蔽系统和三轴磁场控制线圈提供高温和弱磁环境，使碱金属原子处于无自旋交换弛豫态。抽运系统极化碱金属原子，进而实现惰性气体超极化。惰性气体核子极化矢量初始沿抽运方向，当垂直抽运方向有角速率输入时，惰性气体核子极化矢量发生进动，在抽运方向垂直面上产生投影磁场。电路系统调制碱金属电子极化矢量构成原位双轴磁强计，检测系统读出磁场测量信息，再经电路系统放大、解调，解算出双轴角速率信息。本发明实现双轴角速率测量，具有高精度、易集成等优点。

主权项

1.一种调制式双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于：包括气室(1)、无磁加热系统(2)、磁屏蔽系统(3)、三轴磁场控制线圈(4)、抽运系统(5)、电路系统(6)和检测系统(7)；气室(1)中充有碱金属和惰性气体；无磁加热系统(2)将气室(1)加热到原子工作温度，磁屏蔽系统(3)和三轴磁场控制线圈(4)将外界磁场屏蔽和补偿到弱磁状态，保证碱金属原子处于无自旋交换弛豫态；抽运系统(5)由抽运激光器模块(51)、抽运激光功率稳定模块(52)、抽运激光起偏器(53)、四分之一波片(54)组成，使入射气室(1)的激光为圆偏振光，圆偏振抽运激光沿z轴极化碱金属原子，碱金属原子和惰性气体核子发生超精细相互作用，进而实现惰性气体核子超极化；超极化的惰性气体核子极化矢量初始沿z轴方向，当x‑y平面有角速率输入时，惰性气体核子极化矢量发生进动，达到新的稳态，偏离z轴方向，在x‑y平面产生投影，通过超精细相互作用使碱金属原子感受到正比于投影极化矢量的等效磁场，该磁场与输入角速率大小成正比；电路系统(6)由x轴线圈驱动、y轴线圈驱动、z轴线圈驱动、锁相放大模块、角速率解算模块组成，x轴线圈驱动和y轴线圈驱动分别对x轴和y轴线圈进行供电，补偿x轴和y轴方向的环境磁场，z轴线圈驱动一方面产生直流信号驱动z轴线圈补偿z轴方向的环境磁场和惰性气体核子磁场，另一方面产生正弦调制磁场载波信号，调制碱金属电子极化矢量构成双轴原位磁强计，测量核子产生的x‑y平面投影磁场；检测系统(7)由检测激光器模块(71)、检测激光功率稳定模块(72)、检测激光起偏器(73)、偏振分束器(74)、平衡探测器(75)组成，沿y轴方向通过气室(1)，构成差分偏振检测方式，检测气室(1)内原子产生的法拉第旋转信号；其中平衡探测器(75)输出一倍频信号包含y轴方向角速率信息，二倍频信号包含x轴方向角速率信息；电路系统(6)中锁相放大模块对平衡探测器(75)输出信号进行放大、解调，最终由角速率解算模块解算出双轴角速率信息。