[發明專利]一種用于原子自旋陀螺儀的無磁電加熱系統

有效

• 申請號: 201310139625.1
• 申請日: 2013-04-21
• 公開（公告）號: CN103269527A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 房建成;萬雙愛;陸吉璽;李茹杰;陳瑤;張晨
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05B3/00
• 分類號: H05B3/00;G01C19/58;G05D23/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;顧煒

技術領域

本發明涉及一種用于原子自旋陀螺儀的無磁電加熱系統，可用于原子自旋陀螺儀堿金屬氣室的加熱，代替氣流加熱裝置，消除氣流加熱裝置帶來的氣流擾動、溫度無法控制、體積龐大不易集成等缺陷，隔離熱氣流及熱輻射對磁屏蔽系統性能的干擾。

背景技術

原子自旋陀螺儀以其具有超高精度、理論性能大幅超越現有陀螺儀的特性得到了世界各國的重視，引起了該領域的研究熱潮。原子自旋SERF態的實現是的原子自旋陀螺儀關鍵技術，而溫度是實現原子自旋SERF態的一個必要條件。目前，國內外研究機構采用的氣流加熱裝置，其帶來的氣流擾動、溫度無法控制、無法隔離熱輻射對磁屏蔽系統性能的干擾的缺陷，降低了原子自旋陀螺儀的穩定性，進而降低了原子自旋陀螺儀的精度。同時氣流加熱裝置體積龐大不易原子自旋陀螺儀的小型化，影響其工程的應用價值。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有氣流加熱裝置體積龐大不易原子自旋陀螺儀的小型化、氣流擾動、溫度無法控制、無法隔離熱輻射對磁屏蔽系統性能的干擾的缺陷，提供一種體積小、溫度易控制、無氣流擾動的用于原子自旋陀螺儀的無磁電加熱系統。

本發明的技術解決方案是：一種用于原子自旋陀螺儀的無磁電加熱系統，包括無磁腔體、加熱驅動子系統和溫度控制子系統；無磁腔體包括電加熱膜、內導熱腔、外保溫腔、真空腔、支座和溫度傳感器等部件組成；電加熱膜位于內導熱腔和外保溫腔中間，三者通過高導熱膠粘結成為一體；1個溫度傳感器通過高導熱膠粘與支座相聯；另一個溫度傳感器通過高導熱膠粘與內導熱腔相聯；其中所述的無磁腔體用的電加熱膜采用雙層雙絞線對繞方式，中心有通孔，用于光路的傳播，所述的無磁腔體用的內導熱層采用高導熱氮化硼材料，中心均有通孔，用于光路的傳播。所述的無磁腔體用的外保溫層采用納米多孔二氧化硅氣凝膠高效隔熱復合材料，中心均有通孔，用于光路的傳播。所述的無磁腔體用的真空腔采用光學玻璃材質，避免對激光和偏振態等性能產生影響。加熱驅動子系統由直流電源和繼電器組成；溫度控制子系統由單片機、DAC芯片及其外圍電路實現；最后采用加熱驅動子系統大功率快速加熱至原子自旋陀螺儀預設溫度，由溫度開關切到溫度控制子系統，由溫度控制子系統低功率控制原子自旋陀螺儀工作溫度相結合的方法，實現原子自旋陀螺儀的加熱和溫度控制。

溫度控制子系統主要由16位單片機MSP430F149、12位DAC芯片DAC7611、TPS54160芯片及其外圍電路、全橋電路和LC諧振電路組成。全橋電路由振蕩頻率為100kHz的晶體振蕩電路、全橋驅動芯片、NMOS管及其外圍電路組成；晶體振蕩電路由無源晶體振蕩器、分頻器74HC4060組成，輸出100kHz的方波，全橋驅動芯片采用UBA2032，NMOS管采用IRF540。

采用加熱驅動子系統大功率快速加熱至原子自旋陀螺儀預設溫度，由溫度開關切到溫度控制子系統，由溫度控制子系統低功率維持原子自旋陀螺儀工作溫度相結合的方法，實現原子自旋陀螺儀的加熱和溫度控制，其具體方法為：將溫度開關與加熱驅動子系統的直流電源接通，加熱至原子自旋陀螺儀工作溫度，溫度傳感器將溫度信號反饋給溫度開關，溫度開關斷開與加熱驅動子系統的直流電源的聯接，轉向與溫度控制子系統的接通；利用芯片為MSP430F149的16位單片機，對溫度傳感器輸出信號進行采集，單片機內部運行溫度控制的數字PID算法，將控制信號通過12位型號為DAC7611的DAC芯片輸出，輸出的控制信號的電壓幅值為0—0.8V；該輸出的控制信號輸入降壓型DC-DC電路的SS/TR引腳，通過對電源輸出電壓比值為49:1的分壓反饋，實現當SS/TR引腳的電壓值為0-0.8V變化時，對應降壓型DC-DC電路輸出為0-40V；將降壓型DC-DC電路輸出信號輸入給全橋電路（332），將降壓型DC-DC電路輸出的直流電壓逆變為頻率為100kHz方波，此方波經過諧振頻率為100kHz的LC諧振電路后成為100kHz的正弦波，施加給無磁腔體中的電加熱膜實現原子自旋陀螺儀的溫度控制。