[實用新型]微型原子陀螺儀

無效

• 申請號: 200620157328.5
• 申請日: 2006-11-14
• 公開（公告）號: CN201016734Y
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 顏輝;楊國卿;王謹;詹明生
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G01C19/64;G01C21/18;G01P9/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 王敏鋒

技術領域：

本實用新型涉及一種利用冷原子干涉環路來測量轉動的微型原子陀螺儀，尤其涉及一種利用原子芯片來囚禁和操縱冷原子，并進一步利用原子芯片上的原子導引形成的干涉環路來實現對轉動的測量的微型冷原子陀螺儀，它主要用于慣性導航。

背景技術：

目前，用于慣性導航的陀螺儀主要是光學陀螺儀，其原理是利用光學干涉環路中由轉動引起的薩格奈克(Sagnac)效應所造成干涉條紋的移動來測量轉動速度：

$\mathrm{\Φ}=4\mathrm{\πA}\·\mathrm{\Ω}\frac{m}{\mathrm{\η}}$

其中，A為干涉環路包圍的面積，Ω為轉動的速度，m為光子或原子的質量。

光學陀螺儀可以很容易地實現小型化和實用化，它的不足和缺點主要是測量精度不高。而利用原子的波動性來形成干涉，并進一步構成包圍一定面積的干涉環路，同樣利用薩格奈克效應來測量轉動速度的原子陀螺儀的測量精度則可以大大提高，原因是原子的質量比光子大得多，在相同環路面積下，很小的轉動就可以引起相對于光學陀螺儀來說大很多的相位差，從而大大提高了陀螺儀的分辨率和精度。目前，在國際上實現的此類原子陀螺儀主要有兩種，熱原子束陀螺儀和冷原子陀螺儀，其測量精度比其它任何類型陀螺儀都高出好幾個數量級；但是其缺點和不足是整個系統很龐大，很難做到實用化。

發明內容：

本實用新型的目的是在于提供一種微型原子陀螺儀，結構簡便，操作方便，測量精確，可行性強，該微型原子陀螺儀是在不影響現有原子陀螺儀對轉動高精度測量的基礎上，對原子陀螺儀進行了微型化設計，使其成為一種可以搬運的冷原子陀螺儀。

本實用新型涉及一種微型原子陀螺儀系統的設計，以及利用原子芯片上導引所構成的冷原子干涉環路來測量轉動的技術方案：一種微型原子陀螺儀，它包括真空玻璃腔、堿金屬釋放劑(市場上購置)、角閥、雙面法蘭和離子泵、偏置磁場底座，其特征是原子芯片與支撐底座相連，支撐底座安裝在真空玻璃腔內，真空玻璃腔通過雙面法蘭與四通相連，四通分別與角閥、離子泵、饋通法蘭相連；支撐底座由無氧銅底座、陶瓷底座、四根固定支桿、銅電極和無氧銅導線構成。無氧銅底座與陶瓷底座相連，銅電極固定在陶瓷底座上面，銅電極一端分別與堿金屬釋放劑、無氧銅導線、原子芯片相連，另一端與饋通法蘭相連。整個系統構成以原子芯片為基礎，首先是利用光刻技術在鍍金的襯底上刻出系統所需要的微型導線而制成原子芯片，原子芯片上微型導線包括形成雙Y型原子導引的四根導線和分別布置在雙Y型原子導引的四根導線的兩邊的用來囚禁原子的一對U型導線，以及布置在雙Y型原子導引的四根導線一側的用來掃描原子相位的一根U型導線。將準備好的原子芯片用可在高真空中使用的導熱絕緣膠粘到支撐底座上，支撐底座中間部分是用來散熱的無氧銅底座，無氧銅底座和原子芯片之間的中間部位留一個缺口，用以穿過兩根固定在陶瓷底座上的無氧銅導線，無氧銅底座邊緣固定著絕緣的陶瓷底座，并用點焊技術將原子芯片上的導線與陶瓷底座上銅電極用金絲相連，銅電極最后通過饋通法蘭引到真空系統外面，陶瓷底座的側面的銅電極上固定一個堿金屬釋放劑，用來產生需要的原子蒸汽，如銣原子蒸汽；安裝好原子芯片的支撐底座最后放到一個由四通，直角閥，離子泵，饋通法蘭，雙面法蘭和真空玻璃腔構成的真空系統里面，并通過四根固定支桿固定在雙面法蘭上面；整個系統先通過直角閥與分子泵機械泵等前級真空預抽系統相連，等得到比較理想的高真空后，關閉直角閥，斷開前級系統，整個真空系統通過離子泵維持在高真空狀態。然后將真空系統固定在偏置磁場底座的上方，并保證真空玻璃腔中的原子芯片處于固定在偏置磁場底座上的一對與水平方向成45度角的矩形反亥姆赫茲線圈的中央；偏置磁場底座上固定一對與水平方向成45度角的矩形反亥姆赫茲線圈，同時偏置磁場底座上分別在XYZ方向上的固定矩形亥姆赫茲線圈。