[發(fā)明專利]一種用于冷原子干涉儀的磁場線圈開關(guān)裝置

有效

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• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110926446B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉曉妍;路想想;裴闖;來琦;陳瑋婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 劉英梅

本發(fā)明公開了一種用于冷原子干涉儀的磁場線圈開關(guān)裝置，屬于冷原子干涉儀技術(shù)領(lǐng)域，包括依次電連接的微控制器驅(qū)動電路、MOSFET功率開關(guān)電路、漏電流保護電路和線圈保護電路；ARM微控制器電平控制信號連接微控制器驅(qū)動電路的輸入端，線圈保護電路與磁場線圈兩端連接；微控制器驅(qū)動電路由接線端子、限流電阻和NMOS開關(guān)管構(gòu)成，MOSFET功率開關(guān)電路由低電平控制的PMOS場效應(yīng)管和限流電阻R2構(gòu)成，漏電流保護電路由整流二極管D1、泄放電阻R3構(gòu)成，線圈保護電路電路由鉗位二極管V1、整流二極管D2、磁場線圈接線端P1和磁場線圈接線端P2構(gòu)成。本發(fā)明既能保證磁場系統(tǒng)快速關(guān)斷，又能保證電路系統(tǒng)良好的安全穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冷原子干涉儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于冷原子干涉儀的磁場線圈開關(guān)裝置。

背景技術(shù)

利用原子內(nèi)態(tài)干涉原理工作的陀螺儀稱為冷原子陀螺儀。從上世紀70年代開始，中性原子的激光冷卻和囚禁技術(shù)得到飛速發(fā)展。到了90年代國際上利用多種操縱原子波包的方法實現(xiàn)了原子干涉儀。1991年斯坦福大學(xué)的朱棣文小組就實現(xiàn)了基于雙光子受激拉曼躍遷技術(shù)的原子干涉儀，并利用此干涉儀實現(xiàn)了絕對重力加速度的測量，自此原子干涉技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。

本項目首先搭建了實驗室冷原子干涉儀原理驗證系統(tǒng)，基本原理和實現(xiàn)過程如圖1所示。實現(xiàn)原子干涉主要分為四個步驟：第一步：利用磁光阱技術(shù)將⁸⁷Rb原子冷卻和囚禁在超高真空腔體中，通過偏振梯度冷卻技術(shù)將捕獲到的原子團冷卻至亞多普勒冷卻極限溫度附近。第二步：對原子進行選態(tài)，選出對磁場不敏感，易于進行干涉操作的原子。第三步:當(dāng)原子飛行到干涉區(qū)域后，用時間間隔為T的三對拉曼脈沖與原子發(fā)生作用，完成對原子團的分束、態(tài)反轉(zhuǎn)和合束過程。第四步：受到拉曼脈沖作用的原子團，發(fā)生內(nèi)態(tài)之間的躍遷和動量的變化，同時還受到重力場的作用，導(dǎo)致分束后的原子在各自路徑上的相位積累不同，最后表現(xiàn)為內(nèi)態(tài)原子布居數(shù)上的干涉現(xiàn)象，通過探測處于|F＝3〉態(tài)或|F＝2〉態(tài)的原子布居數(shù)，就能得到干涉條紋。

獲得低溫原子團是實現(xiàn)原子干涉的核心步驟，而原子的冷卻和囚禁主要通過磁光阱技術(shù)實現(xiàn)。磁光阱基于多普勒效應(yīng)可以對原子進行減速，此外要想在探測區(qū)域獲得較強的熒光信號還需盡可能將原子聚集起來，形成較高密度的原子團，除了激光系統(tǒng)外還需要加入一個梯度磁場來實現(xiàn)。梯度磁場可以通過在一對反Helmholtz線圈中加載方向相反的電流來實現(xiàn)，所需電流約為1A～5A左右。

實驗中為了獲得溫度更低，密度更大的原子團，一般要求磁光阱磁場開關(guān)可以快速開啟和關(guān)斷。但由于線圈屬于電感元件，若通過的電流速度過快易使開關(guān)電路燒壞。現(xiàn)有的磁場開關(guān)電路不僅關(guān)斷時間長，穩(wěn)定性差，也未曾對開關(guān)電流采取保護措施，從而導(dǎo)致開關(guān)電路壽命短，實用性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種用于冷原子干涉儀的磁場線圈開關(guān)裝置，既能保證磁場系統(tǒng)快速關(guān)斷，又能保證電路系統(tǒng)良好的安全穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的是提供一種用于冷原子干涉儀的磁場線圈開關(guān)裝置，包括依次電連接的微控制器驅(qū)動電路，MOSFET功率開關(guān)電路，漏電流保護電路和線圈保護電路；ARM微控制器電平控制信號連接微控制器驅(qū)動電路的輸入端，上述線圈保護電路的兩端分別與磁場線圈兩端電連接；

所述微控制器驅(qū)動電路由接線端子、限流電阻和NMOS開關(guān)管構(gòu)成，其中：接線端子的輸入端引腳與ARM高電平控制信號連接，接線端子的輸出端引腳與NMOS開關(guān)管柵極G相連；NMOS開關(guān)管源極S與地相連，漏極D與限流電阻R1輸入端相連，所述限流電阻R1輸出端與MOSFET功率開關(guān)電路相連；

所述MOSFET功率開關(guān)電路由低電平控制的PMOS場效應(yīng)管和限流電阻R2構(gòu)成，其中：PMOS開關(guān)管柵極G與限流電阻R1輸出端相連，PMOS開關(guān)管源極S與+12V直流電壓和限流電阻R2第一端相連，限流電阻R2第二端與PMOS場效應(yīng)管柵極G相連，PMOS開關(guān)管漏極D與漏電流保護電路相連；