[發明專利]一種利用分子電偶極矩進動測量轉動角頻率的方法

在審

• 申請號: 201611026581.1
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106595625A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 胡忠坤;柯毅;鄧小兵
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01C19/60
• 分類號: G01C19/60
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 周磊

技術領域

本發明屬于轉動測量技術領域，更具體地，涉及一種測量轉動角頻率的方法。

背景技術

轉動測量技術是在現代航空、航海、航天和國防工業中廣泛使用的一種技術。陀螺儀是進行轉動測量的儀器。

核磁共振陀螺儀通過測量原子核自旋在外加磁場作用下拉莫爾進動頻率的變化來實現轉動的測量。當陀螺儀裝置繞著靜磁場B₀的方向以角頻率Ω轉動時，測得的拉莫爾進動頻率為

ω_obs＝γB₀-Ω，

其中，γ為旋磁比，等于核磁矩與核自旋角動量的比值。一般在核磁共振陀螺儀中，通過光泵浦的方法使原子自旋極化，通過垂直于靜磁場的交流磁場來驅動自旋進動，通過光學方法來探測轉動效應，如采用Dehmelt技術以及利用法拉第效應(E.A.Donley，Nuclear Magnetic Resonance Gyroscopes，Proceedings to the IEEE Sensors Conference.2010:17-22)。為了測得轉動頻率Ω，靜磁場的大小必須穩定和精確已知。高精度陀螺儀對靜磁場的穩定性提出了十分苛刻的要求，需要對外磁場進行很高數量級的屏蔽，通常需要多層磁屏蔽(T.W.Kornack,R.K.Ghosh,and M.V.Romalis,Phys.Rev.Lett.95,230801,2005；Rujie Li,Wenfeng Fan,Liwei Jiang,Li hongDuan,Wei Quan,and Jiancheng Fang,Phys.Rev.A 94,032109,2016)，這在技術上實現較為復雜和困難。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種利用分子電偶極矩進動測量轉動角頻率的方法，其不需要對磁場進行屏蔽，且測量方法比較簡單實用。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種利用分子電偶極矩進動測量轉動角頻率的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在六面體密封容器內充入具有永久電偶極矩的氣體分子，其中，所述六面體密封容器由上電極板、下電極板、前電極板、后電極板、左電極板和右電極板共同構成；

(2)在上電極板和下平行板構成的上下平行板電容器上施加電壓，使六面體密封容器內形成沿z軸方向的靜電場并且該靜電場為E₀，從而使所述氣體分子極化并產生與z軸平行的電極化強度矢量，其中，所述z軸沿上下延伸；

(3)保持上下平行板電容器上施加的電壓不變，并在前電極板和后電極板構成的前后平行板電容器上施加射頻電壓，使六面體密封容器內產生x軸方向的射頻電場E₁，且產生的射頻頻率與處于某一轉動態的所述氣體分子在靜電場E₀下的電偶極矩進動頻率相同；在射頻電場作用下，該轉動態的氣體分子的電極化強度矢量將發生轉動，在該電極化強度矢量轉動角度達到90°時關閉射頻電壓，此時該電極化強度矢量位于x-y平面，其中，所述x-y平面是由沿前后方向延伸的x軸和沿左右方向延伸的y軸所確定的平面，并且x軸、y軸和z軸共同構成笛卡爾坐標系；

(4)在靜電場E₀的作用下，所述電極化強度矢量在x-y平面內進動并在左電極板和右電極板構成的左右平行板電容器上產生電壓信號；通過測量左右平行板電容器上電壓變化的頻率可獲得電極化矢量的進動頻率，根據Ω＝γ_EE₀-ω_obs可以測得轉動頻率Ω，其中，γ_E為分子電偶極矩μ_E在分子轉動角動量J方向上的投影與分子轉動角動量的比值，ω_obs為測得的拉莫爾進動頻率。

優選地，步驟(3)中射頻電壓的作用時間為t_p＝π/γ_EE₁。

優選地，所述氣體分子為對稱陀螺分子。

優選地，所述氣體分子為CH₃F。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：