一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀的制作方法
【專利摘要】一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，屬于原子傳感器領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有的核磁共振陀螺儀測量范圍小、體積大不適用微結(jié)構(gòu)慣導系統(tǒng)問題。所述陀螺儀包括微結(jié)構(gòu)原子氣室和核磁共振陀螺儀功能外殼；所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的前側(cè)和后側(cè)分別設(shè)置有第一光源和第一光電探測器，所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的左側(cè)和右側(cè)分別設(shè)置有第二光源和第二光電探測器，第一光源和第一光電探測器、第二光源和第二光電探測器形成的光路在前后與左右兩個方向成正交結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)原子氣室位于核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結(jié)構(gòu)的交點處。本發(fā)明用于慣性導航定位系統(tǒng)中。
【專利說明】 一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，屬于原子傳感器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]陀螺儀用來測量物體的轉(zhuǎn)動和方向，它是慣性導航定位系統(tǒng)中最重要的傳感器之一，為系統(tǒng)提供姿態(tài)和轉(zhuǎn)動速率信息。目前廣泛使用的芯片陀螺儀屬于機械陀螺儀，然而芯片機械陀螺儀有長期漂移率大，對振動敏感等缺點，測量精度不理想。核磁共振陀螺儀是采用核磁共振技術(shù)的原子陀螺儀，核磁共振陀螺儀長期漂移率小，且不包含運動部件，利用幾乎不受外界干擾的原子慣性特性來測量旋轉(zhuǎn)，因此對振動不敏感，但存在體積大和測量動態(tài)范圍小的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的核磁共振陀螺儀測量范圍小、體積大不適用微結(jié)構(gòu)慣導系統(tǒng)問題，本發(fā)明提供一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀。
[0004]本發(fā)明的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，
[0005]所述陀螺儀包括微結(jié)構(gòu)原子氣室和核磁共振陀螺儀功能外殼；
[0006]所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的前側(cè)和后側(cè)分別設(shè)置有第一光源和第一光電探測器，所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的左側(cè)和右側(cè)分別設(shè)置有第二光源和第二光電探測器，第一光源和第一光電探測器、第二光源和第二光電探測器形成的光路在前后與左右兩個方向成正交結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)原子氣室位于核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結(jié)構(gòu)的交點處。
[0007]所述核磁共振陀螺儀功能外殼包括上方擋板、前擋板、后擋板、左擋板、右擋板和底座；所述上方擋板、前擋板、后擋板、左擋板、右擋板和底座圍成矩形空間；
[0008]所述底座為“十”字形結(jié)構(gòu)，其中一個“I”字形結(jié)構(gòu)的兩端分別設(shè)置一個定位孔，所述前擋板和后擋板結(jié)構(gòu)相同，左擋板和右擋板結(jié)構(gòu)相同，均為矩形結(jié)構(gòu)；
[0009]所述前擋板、后擋板、左擋板和右擋板的下側(cè)面分別與底座的“十”字形結(jié)構(gòu)的四個凸出結(jié)構(gòu)的側(cè)面通過柔性連接件相連；
[0010]左擋板和右擋板的下側(cè)面分別設(shè)置一凸起，左擋板和右擋板分別通過所述凸起與底座的兩個定位孔相應(yīng)連接；
[0011]左擋板、右擋板的左側(cè)面和右側(cè)面分別設(shè)置2個凸起，前擋板和后擋板上的兩側(cè)分別設(shè)置2個定位孔，左擋板和右擋板的凸起與前擋板和后擋板上的定位孔相應(yīng)連接；
[0012]上方擋板上設(shè)置3個定位孔，后擋板、左擋板和右擋板的上側(cè)面分別設(shè)置一個凸起，所述上方擋板的3個定位孔分別與所述后擋板、左擋板和右擋板上側(cè)面的凸起連接，前擋板的上側(cè)面與上方擋板的側(cè)面通過柔性連接件相連；
[0013]所述前擋板的中心位置處安裝有第一光電探測器，所述后擋板的中心位置處安裝有第一光源；
[0014]所述左擋板的中心位置處安裝有第二光電探測器，所述前擋板的中心位置處安裝有第二光源；
[0015]所述微結(jié)構(gòu)原子氣室安裝在底座的中心位置處。
[0016]所述陀螺儀還包括第一可調(diào)節(jié)1/4波片和第二可調(diào)節(jié)1/4波片；
[0017]所述第一光源的前方安裝有第一可調(diào)節(jié)1/4波片；
[0018]所述第二光源前方安裝有第二可調(diào)節(jié)1/4波片。
[0019]所述前擋板和后擋板上配套安裝有第一組磁場線圈，所述左擋板和右擋板上配套安裝有第二組磁場線圈7
[0020]所述陀螺儀還包括加熱片，所述底座的上表面貼有加熱片。
[0021]所述第一光源、第二光源、第一光電探測器、第二光電探測器、第一組磁場線圈、第二組磁場線圈和加熱片的供電輸入端通過柔性連接件內(nèi)的導線與電連接線的一端連接。
[0022]所述微結(jié)構(gòu)原子氣室為玻璃吹制的微結(jié)構(gòu)球型氣室，所不氣室內(nèi)含有堿金屬原子Rb、緩沖氣體N2和兩種或兩種以上惰性氣體同位素。
[0023]所述柔性連接件為聚酰亞胺一導線一聚酰亞胺結(jié)構(gòu)的連接件。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明采用的由玻璃吹制的微結(jié)構(gòu)球型氣室，相對于陽極鍵合制備的微結(jié)構(gòu)氣室漏率較低，保證了本發(fā)明的核磁共振陀螺儀具有較好的長期穩(wěn)定性；本發(fā)明在前后方向與左右方向上分別各有一套光源與光電探測器，在本發(fā)明工作時可分別實現(xiàn)原子沿兩個軸向的核磁共振，從而擴大了陀螺儀角度測量的范圍；本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀一體化程度較高，使得整個系統(tǒng)具有高精度、微結(jié)構(gòu)、低功耗的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為【具體實施方式】中所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀折疊后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為【具體實施方式】中所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為【具體實施方式】中所述的核磁共振陀螺儀功能外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]結(jié)合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，
[0029]所述陀螺儀包括微結(jié)構(gòu)原子氣室14和核磁共振陀螺儀功能外殼；
[0030]所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的前側(cè)和后側(cè)分別設(shè)置有第一光源10和第一光電探測器8，所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的左側(cè)和右側(cè)分別設(shè)置有第二光源11和第二光電探測器9,第一光源和第一光電探測器8、第二光源11和第二光電探測器9形成的光路在前后與左右兩個方向成正交結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)原子氣室14位于核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結(jié)構(gòu)的交點處。
[0031]所述核磁共振陀螺儀功能外殼包括上方擋板1、前擋板2、后擋板3、左擋板4、右擋板5和底座15 ;所述上方擋板1、前擋板2、后擋板3、左擋板4、右擋板5和底座15圍成矩形空間；
[0032]所述底座15為“十”字形結(jié)構(gòu)，其中一個“I”字形結(jié)構(gòu)的兩端分別設(shè)置一個定位孔19，所述前擋板2和后擋板3結(jié)構(gòu)相同，左擋板4和右擋板5結(jié)構(gòu)相同，均為矩形結(jié)構(gòu)；
[0033]所述前擋板2、后擋板3、左擋板4和右擋板5的下側(cè)面分別與底座15的“十”字形結(jié)構(gòu)的四個凸出結(jié)構(gòu)的側(cè)面通過柔性連接件18相連；
[0034]左擋板4和右擋板5的下側(cè)面分別設(shè)置一凸起，左擋板4和右擋板5分別通過所述凸起與底座15的兩個定位孔19相應(yīng)連接；
[0035]左擋板4、右擋板5的左側(cè)面和右側(cè)面分別設(shè)置2個凸起，前擋板2和后擋板3上的兩側(cè)分別設(shè)置2個定位孔，左擋板4和右擋板5的凸起與前擋板2和后擋板3上的定位孔相應(yīng)連接；
[0036]上方擋板I上設(shè)置3個定位孔，后擋板3、左擋板4和右擋板5的上側(cè)面分別設(shè)置一個凸起，所述上方擋板I的3個定位孔分別與所述后擋板3、左擋板4和右擋板5上側(cè)面的凸起連接，前擋板2的上側(cè)面與上方擋板I的側(cè)面通過柔性連接件18相連；
[0037]所述前擋板2的中心位置處安裝有第一光電探測器8，所述后擋板3的中心位置處安裝有第一光源10 ;所述左擋板4的中心位置處安裝有第二光電探測器9，所述前擋板3的中心位置處安裝有第二光源11 ;所述微結(jié)構(gòu)原子氣室14安裝在底座15的中心位置處。
[0038]所述核磁共振陀螺儀功能外殼為對稱式可折疊裝配結(jié)構(gòu)，通過定位孔、柔性連接件(18)的連接使得整個外殼在前后與左右兩個方向上為正交結(jié)構(gòu)，從而保證四面擋板的中心處于同一平面上，同時使氣室中心也處于該平面上，正交的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保證了兩條光路也是正交的，使得該陀螺儀可以實現(xiàn)兩個軸向上的角度測量。
[0039]所述陀螺儀還包括第一可調(diào)節(jié)1/4波片12和第二可調(diào)節(jié)1/4波片13 ；
[0040]所述第一光源10的前方安裝有第一可調(diào)節(jié)1/4波片12 ；
[0041]所述第二光源11前方安裝有第二可調(diào)節(jié)1/4波片13。
[0042]所述前擋板2和后擋板3上配套安裝有第一組磁場線圈6，所述左擋板4和右擋板5上配套安裝有第二組磁場線圈7。
[0043]本實施方式中，第一組磁場線圈6繞在前擋板2和后擋板3的邊緣上；第二組磁場線圈7繞在左擋板4和右擋板5的邊緣上。
[0044]所述陀螺儀還包括加熱片16，所述底座的上表面貼有加熱片16，所述微結(jié)構(gòu)原子氣室14安裝在底座的加熱片16上。
[0045]本實施方式中的加熱片16，用于實現(xiàn)對氣室溫度的控制。
[0046]所述微結(jié)構(gòu)原子氣室14為玻璃吹制的微結(jié)構(gòu)球型氣室,所述氣室內(nèi)含有堿金屬原子Rb、緩沖氣體N2和兩種或兩種以上惰性氣體同位素。
[0047]所述柔性連接件18為聚酰亞胺一導線一聚酰亞胺結(jié)構(gòu)的連接件。
[0048]所述第一光源10、第二光源11、第一光電探測器8、第二光電探測器9、第一組磁場線圈6、第二組磁場線圈7和加熱片16的供電輸入端均通過底座上柔性連接件(18)中的導線與電連接線17的一端連接,所述電連接線17的另一端用于連接外接電路。
[0049]本實施方式在工作時，在所有結(jié)構(gòu)根據(jù)各自定位孔裝配完成后，首先使第一光源10發(fā)出的光經(jīng)第一可調(diào)節(jié)1/4波片12后轉(zhuǎn)換為圓偏光，作為激勵光源射入微結(jié)構(gòu)原子氣室14內(nèi)，使氣室內(nèi)的Rb原子和Xe原子的兩種同位素處于激發(fā)態(tài)，第二光源11發(fā)出的光經(jīng)第二可調(diào)節(jié)1/4波片13后轉(zhuǎn)換為線偏光，作為探測光穿過微結(jié)構(gòu)原子氣室14入射到第二光電探測器9上，同時底座15上的加熱片16對氣室進行溫度控制，第一組磁場線圈6提供穩(wěn)恒磁場，第二組磁場線圈7提供震蕩磁場，當陀螺儀系統(tǒng)發(fā)生角度變化時，探測器信號發(fā)生相應(yīng)變化從而實現(xiàn)對角度變化的測量。另外，由于整個系統(tǒng)前后擋板與左右擋板上的安裝有相同的光源、探測器、可調(diào)節(jié)1/4波片和磁場線圈組合，因此當前后擋板與左右擋板上的組合裝置的功能互換時則可實現(xiàn)另一個軸向的角度測量。
[0050]微結(jié)構(gòu)原子氣室14由玻璃吹制而成，氣室內(nèi)部含有堿金屬原子Rb、緩沖氣體隊和兩種或兩種以上惰性氣體同位素(如129Xe、131Xe)，第一光源10和第二光源11采用VCSEL激光管制成，其波段為794.9nm，第一可調(diào)節(jié)1/4波片12和第二可調(diào)節(jié)1/4波片13可分別沿垂直鏡面的軸心實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，底座15邊緣貼的加熱片16采用ITO加熱膜，第一組磁場線圈6和第二組磁場線圈7采用細漆包線繞制，第一光電探測器8和第二光電探測器9為794.9nm波段探測器，柔性連接件18為聚酰亞胺一導線一聚酰亞胺的三明治結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述陀螺儀包括微結(jié)構(gòu)原子氣室(14)和核磁共振陀螺儀功能外殼； 所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的前側(cè)和后側(cè)分別設(shè)置有第一光源(10)和第一光電探測器(8),所述核磁共振陀螺儀功能外殼內(nèi)的左側(cè)和右側(cè)分別設(shè)置有第二光源(11)和第二光電探測器(9),第一光源和第一光電探測器(8)、第二光源(11)和第二光電探測器(9)形成的光路在前后與左右兩個方向成正交結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)原子氣室(14)位于核磁共振陀螺儀功能外殼的底部中心位置，且所述中心位置為所述正交結(jié)構(gòu)的交點處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述核磁共振陀螺儀功能外殼包括上方擋板(11前擋板(2)、后擋板(3)、左擋板(4)、右擋板(5)和底座(15)；所述上方擋板(1)、前擋板(2)、后擋板(3)、左擋板(4)、右擋板(5)和底座(15)圍成矩形空間； 所述底座(15)為“十”字形結(jié)構(gòu)，其中一個“1”字形結(jié)構(gòu)的兩端分別設(shè)置一個定位孔(19),所述前擋板(2)和后擋板(3)結(jié)構(gòu)相同，左擋板(4)和右擋板(5)結(jié)構(gòu)相同，均為矩形結(jié)構(gòu)； 所述前擋板(2)、后擋板(3)、左擋板(4)和右擋板(5)的下側(cè)面分別與底座(15)的“十”字形結(jié)構(gòu)的四個凸出結(jié)構(gòu)的側(cè)面通過柔性連接件(18)相連； 左擋板(4)和右擋板(5)的下側(cè)面分別設(shè)置一凸起，左擋板(4)和右擋板(5)分別通過所述凸起與底座(15)的兩個定位孔(19)相應(yīng)連接； 左擋板(4)、右擋板(5)的左側(cè)面和右側(cè)面分別設(shè)置2個凸起，前擋板(2)和后擋板(3)上的兩側(cè)分別設(shè)置2個定位孔，左擋板(4)和右擋板(5)的凸起與前擋板(2)和后擋板(3)上的定位孔相應(yīng)連接； 上方擋板(1)上設(shè)置3個定位孔，后擋板(3)、左擋板(4)和右擋板(5)的上側(cè)面分別設(shè)置一個凸起，所述上方擋板(1)的3個定位孔分別與所述后擋板(3)、左擋板(4)和右擋板(5)上側(cè)面的凸起連接，前擋板(2)的上側(cè)面與上方擋板(1)的側(cè)面通過柔性連接件(18)相連； 所述前擋板(2)的中心位置處安裝有第一光電探測器(8)，所述后擋板(3)的中心位置處安裝有第一光源(10)； 所述左擋板(4)的中心位置處安裝有第二光電探測器(9)，所述前擋板(3)的中心位置處安裝有第二光源(11)； 所述微結(jié)構(gòu)原子氣室(14)安裝在底座15的中心位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述陀螺儀還包括第一可調(diào)節(jié)1/4波片(12)和第二可調(diào)節(jié)1/4波片(13)； 所述第一光源(10)的前方安裝有第一可調(diào)節(jié)1/4波片(12)； 所述第二光源(11)前方安裝有第二可調(diào)節(jié)1/4波片(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述前擋板(2)和后擋板(3)上配套安裝有第一組磁場線圈￠)，所述左擋板(4)和右擋板(5)上配套安裝有第二組磁場線圈(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述陀螺儀還包括加熱片(16),所述底座的上表面貼有加熱片(16),所述微結(jié)構(gòu)原子氣室(14)安裝在底座的加熱片(16)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀,其特征在于，所述第一光源(10)、第二光源(11)、第一光電探測器(8)、第二光電探測器(9)、第一組磁場線圈(6)、第二組磁場線圈(7)和加熱片(16)的供電輸入端通過柔性連接件(18)內(nèi)的導線與電連接線(17)的一端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)原子氣室(14)為玻璃吹制的微結(jié)構(gòu)球型氣室，所述氣室內(nèi)含有堿金屬原子1?、緩沖氣體吧和兩種或兩種以上惰性氣體同位素。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微結(jié)構(gòu)核磁共振陀螺儀，其特征在于，所述柔性連接件(18)為聚酰亞胺一導線一聚酰亞胺結(jié)構(gòu)的連接件。
【文檔編號】G01C19/62GK104457730SQ201410850412
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】張鵬, 陳海濤, 李起棟, 黃輝, 劉興宇 申請人:中國電子科技集團公司第四十九研究所