[發明專利]一種小型一體化雙軸無自旋交換弛豫陀螺儀結構

有效

• 申請號: 201710989584.3
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107843247B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 全偉;劉思喆;范文峰;翟躍陽;李欣怡;沈克勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種小型一體化雙軸無自旋交換弛豫陀螺儀結構，主要由堿金屬氣室溫控組件、磁補償線圈骨架、磁屏蔽筒、主結構、抽運光穩頻組件、檢測光穩頻組件、檢測光束分光組件等組成。堿金屬氣室溫控組件用于夾持作為陀螺儀核心敏感部件的堿金屬氣室。磁補償線圈骨架設計為獨立的中空結構。主結構采用分立小腔室設計。抽運光穩頻組件采用飽和吸收穩頻光路結構設計方案。檢測光穩頻組件采用FP腔穩頻光路設計方案。檢測光束分光組件采用BS分光的結構設計方案。本發明結構簡單、功能完備，可實現兩個自由度角速率的同時測量，簡化了無自旋交換弛豫陀螺儀的裝配和調試過程，堿金屬氣室二級溫控方案和抽運、檢測激光穩頻方案可以提高陀螺儀穩定性。

技術領域

本發明涉及陀螺儀的技術領域，具體涉及一種小型一體化雙軸無自旋交換弛豫陀螺儀結構。

背景技術

目前，在高精度慣性導航領域，原子陀螺儀是新一代高精度陀螺儀的重要發展方向，其中，基于無自旋交換弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)技術的原子自旋陀螺儀因其具有超越現有相關測量手段的超高理論精度，其理論零偏穩定性指標可高達10^-8°/h，是未來長航時、高精度慣性導航系統的首選；發展SERF原子自旋陀螺儀對于國防安全和經濟發展具有重大意義。

目前研究的無自旋交換弛豫陀螺儀結構，堿金屬氣室采用一級溫控結構，且堿金屬氣室與磁補償線圈采用一體結構，不便于氣室的拆裝，增加樣機拆裝的工作量；另外，現有陀螺儀裝置中雖具備雙軸加速率測試的能力，但是其結構過于復雜，不便于安裝與調試；第三，SERF原子自旋陀螺儀主要依靠抽運光和檢測光的閉環實現角速度的測量，但現有的SERF陀螺儀結構采用整機統一控制的方式，導致各部件組裝后容易形成干擾，降低測量精度。總之，現有的SERF陀螺儀裝置的結構形式使得陀螺儀結構復雜，拆裝困難，且各組件之間易形成干擾，不利于無自旋交換弛豫陀螺儀精度的提高和進一步小型化。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有無自旋弛豫陀螺儀結構的不足，提供一種結構簡單、功能完備，可實現兩個自由度角速率的同時測量的小型一體化雙軸無自旋交換弛豫陀螺儀結構，簡化了無自旋交換弛豫陀螺儀的裝配和調試過程，堿金屬氣室二級溫控方案和抽運、檢測激光穩頻方案可以提高陀螺儀穩定性。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種小型一體化雙軸無自旋交換弛豫陀螺儀結構，包括堿金屬氣室溫控組件、磁補償線圈骨架、磁屏蔽筒、主結構、抽運光穩頻組件、檢測光穩頻組件和檢測光束分光組件，堿金屬氣室溫控組件用于夾持作為陀螺儀核心敏感部件的堿金屬氣室，為堿金屬氣室提供安裝基準，并可降低光路調試的復雜性。磁補償線圈骨架設計為獨立的中空結構，為堿金屬氣室溫控組件提供安裝基準，二者通過軸孔配合實現同軸定位，并用軸向安裝螺母實現固定。磁屏蔽筒為三層屏蔽結構且采用筒體在內，桶蓋在外的結構設計，每層通過磁屏蔽筒支撐環之間的配合實現定位，整體結構依靠內部的消磁桿實現與主結構的同軸定位，桶蓋與主結構通過六個定位孔與屏蔽筒軸向安裝螺母實現定位與壓緊。檢測光穩頻組件中TEC位于FP腔與組件墊板之間，通過定位孔與螺釘實現在檢測光穩頻組件的定位與緊固，用于FP腔的溫度控制。檢測光束分光組件采用BS分光結構設計，將檢測光分為兩路，其中一路經過折入主結構底部的反射鏡后再次進入磁屏蔽筒。主結構為陀螺儀所有部件提供安裝基準，抽運光穩頻組件通過主結構上均勻分布的定位孔實現定位，并用螺釘緊固在主結構上。

所述結構的堿金屬氣室溫控組件采用兩級溫控結構，以進一步提高氣室的溫度穩定性和均勻性。堿金屬氣室溫控組件與磁補償線圈骨架在結構上是分離的，可以在不拆除線圈骨架的情況下更換氣室，減少了陀螺儀樣機拆裝復雜性，減少工作量。

所述的主結構采用分立小腔的設計，隔離不同組件之間的影響。同時，主結構作為樣機的熱沉，有較為明顯的溫度波動，所以抽運光穩頻組件、檢測光穩頻組件、檢測光束分光組件與主結構之間都有墊板，減少光學器件與主結構的熱交換，以提高光路系統穩定性。