[發明專利]芯片式原子陀螺儀及其測量轉動的方法

有效

• 申請號: 201210421184.X
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102927978A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 顏輝;廖開宇;杜炎雄;李建鋒
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及一種陀螺儀及其測量轉動的方法，尤其是一種芯片式原子陀螺儀及其測量轉動的方法，屬于轉速測量和慣性導航技術領域。

背景技術

目前，用于轉動測量和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：

Φ=4πmhS•Ω]]>

其中，S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，但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遠高于光學陀螺儀，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。

而在國際上實現的此類原子陀螺儀通常有兩種：熱原子束陀螺儀和冷原子陀螺儀，測量精度比其它任何類型陀螺儀都高出好幾個數量級，但是其缺點與不足是整體結構龐大復雜，要實現實用化往往會比較困難。

為了實現原子陀螺儀的小型化和實用化，現已提出利用原子芯片來實現陀螺儀，如中國專利號為200610125027.9的發明專利，它公開了一種微型原子陀螺儀，但由于其導引與內態無關，很難做到50%的相干分束，且初始內態相同，在干涉時沒有辦法消除共模相位，因此，只能在理想狀態下測出轉動速度，無法真正應用。

發明內容

本發明的目的，是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種結構簡單、操作方便、測量精確、可行性強，且易于實用化的芯片式原子陀螺儀。

本發明的另一目的在于提供一種芯片式原子陀螺儀測量轉動的方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

芯片式原子陀螺儀，包括原子芯片、玻璃真空腔、離子泵、帶堿金屬釋放劑的電流饋通、真空閥和四通接頭；

所述四通接頭的四個開口分別與玻璃真空腔、離子泵、電流饋通和真空閥連接，所述原子芯片作為玻璃真空腔的一個面連接在玻璃真空腔上，其特征在于：所述原子芯片上的導線結構包括

用于形成可沿x方向移動的一維原子導引、由若干沿y方向平行設置的導線組成的導線陣列；

兩根沿x方向用于在y方向形成一維原子囚禁勢阱的第一導線和第二導線；

以及兩組沿x方向用于在y方向形成態選擇雙阱的第一共面微波波導和第二共面微波波導。

作為一種優選方案，所述原子芯片上的導線分為底層和頂層，所述導線陣列設置在底層，所述第一導線和第二導線、第一共面微波波導和第二共面微波波導設置在頂層。

作為一種優選方案，所述若干沿y方向平行設置的導線分別為g1、g2、g3...gn，其中n≥3。

作為一種優選方案，所述原子芯片采用真空膠粘接在玻璃真空腔上。

作為一種優選方案，所述玻璃真空腔通過金屬法蘭與四通接頭的一個開口連接。

本發明的另一目的可以通過采取如下技術方案達到：

芯片式原子陀螺儀測量轉動的方法，其特征在于包括以下步驟：

1）通過真空閥與前級真空泵連接，將陀螺儀內部抽到超高真空后，關閉真空閥，并利用離子泵將陀螺儀內部維持在超高真空狀態；

2）采用電流饋通加熱堿金屬釋放劑維持真空中待冷卻原子的數量；

3）在導線陣列中的導線g1和g2通上同向電流，同時在第一導線和第二導線通上同向電流，在x方向施加均勻磁場，使原子芯片表面產生三維原子囚禁勢阱，將預先制備的冷原子裝載到該囚禁勢阱中；

4）減小導線g1的電流大小，同時增加導線g3的電流大小，由導線陣列7形成的的一維原子導引沿x方向移動；同時增大第一共面微波波導和第二共面微波波導中的微波功率，在y方向的囚禁勢阱從一個變為兩個，從而實現不同內態原子的相干分束；當微波功率達到最大時，接著減少微波功率，在y方向的囚禁勢阱從兩個變為一個，從而實現原子的合束；