[實用新型]一種基于光阱力的原子加速度計

有效

• 申請號: 201922205150.7
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN211697862U
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 何思璇;吳德偉;苗強;羅均文;魏天麗
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01P15/093
• 分類號: G01P15/093
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本實用新型提供一種基于光阱力的原子加速度計，包括原子冷卻單元、位移檢測單元、光功率探測單元、數據處理單元，電源，外殼，支撐桿，其中外殼是一個金屬正方體，外殼與載體固定，載體為飛機、火箭或其它可移動物體；本實用新型采用10^?10米級原子作為檢測質量，利用光阱力提供非接觸支撐，減小機械環節的影響，在結構上沒有了硬連接的支撐元件，減小了彈性支撐元件的摩擦阻尼對測量結果的影響；對微小加速度變化非常敏感，提高了測量靈敏度；采用閉環控制模式，抗干擾能力強；由于存在光學反饋作用，加速度計的檢測質量始終工作在中心附近，還可以擴大量程。

技術領域

本實用新型屬于慣性導航技術領域，具體涉及一種基于光阱力的原子加速度計。

背景技術

慣性導航因其具有自主性強，隱蔽性好，全天候、全時間工作等優點，成為國家一些戰略、戰術武器中不可或缺的核心導航方式。同時，高作戰性能的需求也對器件的精度提出了更高的要求也對慣性器件提出了更高精度的要求。

目前使用的加速度計大部分都是利用檢測質量敏感慣性力實現的。其結構上，檢測質量均與測量系統殼體彈性連接。這種彈性連接在使用過程中會不可避免的帶來摩擦阻尼，影響測量精度。而且，長時間的使用可能會對零件造成一定程度的磨損。另外，目前加速度計中使用的檢測微質量對于微小力學量的變化不敏感的情況，也一定程度上影響了加速度計的測量靈敏度。

近年來，隨著激光冷卻和激光光鑷技術的出現，對于光的力學效應的研究已經對很多學科領域產生了深遠的影響。當光與物質接觸時會伴隨著動量交換，對物體產生力的作用，這種作用力被稱為輻射壓力，簡稱光壓。越是微小物體對這種力越敏感。除了目前通過磁懸浮和靜電懸浮為檢測質量提供無接觸支承外，光對微小物體的壓力可以作為一種新的提供無接觸支承的原理。

實用新型內容

為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種一種基于光阱力的原子加速度計，包括原子冷卻單元、位移檢測單元、光功率探測單元、數據處理單元，電源，外殼，支撐桿，其特征在于：外殼是一個金屬正方體，外殼與載體固定，載體為飛機、火箭或其它可移動物體；原子冷卻單元位于外殼內部，為正方體結構，原子冷卻單元通過支撐桿與外殼固定；位移檢測單元固定在外殼內壁上，探測原子位置，輸出含有攜帶位置信息的電信號至原子冷卻單元；光功率探測單元固定在原子冷卻單元外側，用于實時探測冷卻激光功率值，輸出光功率的電信號到數據處理單元；數據處理單元固定在外殼內壁，數據處理單元的輸入端與光功率探測單元連接，用于接收光功率探測單元輸出的感應信號，并對其進行差分放大、濾波及數據輸出；電源安裝在外殼內壁上，為原子冷卻單元、位移檢測單元、光功率探測單元、數據處理單元供電。

進一步的，支撐桿分別連接原子冷卻單元的八個頂點和外殼內部的八個頂點上，支撐桿為金屬或碳纖維材料制成；位移檢測單元采用光電位置探測器探測原子位置。

進一步的，原子冷卻單元包括真空腔、激光分束模塊、光衰減器、一對亥姆霍茲線圈和冷原子，其中激光分束模塊發出的六路冷卻激光分別經過六個光衰減器在真空腔中兩兩對射，形成光阱；一對亥姆霍茲線圈固定在真空腔外部，相互反向，兩個線圈豎直中心軸線重合，中心相距6.5cm；冷原子位于真空腔中心位置。

真空腔包括腔體外殼、玻璃窗口，腔體外殼是一個6.5cm*6.5cm*6.5cm的立方體無磁金屬結構，六個面的中心位置都有一個直徑3.5cm的石英玻璃圓孔，即玻璃窗口，在真空腔上下兩個面上安裝一對亥姆霍茲線圈。