[發明專利]一種一體式無自旋交換弛豫原子陀螺儀

有效

• 申請號: 202010375766.3
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111609845B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 房建成;付楊;全偉;邢力;范文峰
• 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: 顧煒

本發明公開了一種一體式無自旋交換弛豫原子陀螺儀，包括堿金屬氣室基座、無磁電加熱組件、磁場補償組件、筒形光路支撐結構、磁屏蔽筒、支撐底座、消磁桿、主結構頂蓋、屏蔽筒壓緊結構和激光器。支撐底座為陀螺儀各器部件提供支撐和安裝基準，消磁桿用于屏蔽筒和筒形光路支撐結構的導向和消磁，堿金屬氣室基座用于固定氣室，主結構頂蓋和屏蔽筒壓緊結構用于結構的密封和磁屏蔽筒的固定。本發明置于屏蔽筒內部的筒形光路支撐結構解決了陀螺儀的小型化需求與減小磁屏蔽筒體積會增大磁噪聲之間的矛盾，筒形光路支撐結構緊湊、對稱，增強了陀螺儀的小型化、工程化前景，外層的磁屏蔽筒有效減小了磁噪聲，有利于陀螺儀穩定性的提升。

技術領域

本發明涉及一種一體式無自旋交換弛豫原子陀螺儀，該陀螺儀置于屏蔽筒內部的筒形光路支撐結構解決了陀螺儀的小型化需求與減小磁屏蔽筒體積會增大磁噪聲之間的矛盾，筒形光路支撐結構緊湊、對稱，增強了陀螺儀的小型化、工程化前景，外層磁屏蔽筒有效減小了磁噪聲，有利于陀螺儀穩定性的提升。

背景技術

基于無自旋交換弛豫(Spin-Exchange-Relaxation-Free,SERF)原理的原子陀螺儀由于其具有遠高于現有測量手段的理論精度，在量子傳感領域和高精度慣性導航領域備受國內外相關研究機構的廣泛關注。而無自旋交換弛豫原子陀螺儀的小型化、工程化潛力，對未來高精度、長航時慣性導航系統的發展具有重要意義。

目前研究的無自旋交換弛豫原子陀螺儀的光路系統均置于磁屏蔽系統外部，然而SERF態對敏感元件處低磁場和低磁噪聲的性能要求導致磁屏蔽系統體積無法縮小，這就導致現有陀螺儀結構與陀螺儀的小型化、工程化需求的矛盾。此外，現有的SERF原子陀螺儀光路長，而不同光學器件的組件之間基準不統一，整個光路的不穩定性高，不易于裝配和調試。且由于檢測光路置于屏蔽筒外部，就導致屏蔽筒側壁的氣室敏感軸位置上必須開通光孔，減小了屏蔽筒在敏感軸上的屏蔽系數，惡化敏感元件處的磁環境。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有SERF原子陀螺儀結構的不足，提供一種將整個光路支撐結構一體化并置于磁屏蔽筒內部的結構，解決了陀螺儀的小型化、工程化需求與減小屏蔽筒體積會增大磁噪聲之間的矛盾，一體化的筒形光路支撐結構緊湊、對稱，增強了陀螺儀小型化、工程化前景，且較大體積的外層高導磁屏蔽筒進一步減小了陀螺儀的磁噪聲。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案如下：一種一體式無自旋交換弛豫原子陀螺儀，包括堿金屬氣室基座，無磁電加熱組件，磁場補償組件，筒形光路支撐結構，磁屏蔽筒，支撐底座，消磁桿，主結構頂蓋，屏蔽筒壓緊結構和激光器；堿金屬氣室基座用于夾持作為陀螺儀敏感元件的玻璃氣室，無磁電加熱組件用于夾持堿金屬氣室基座，磁場補償組件為無磁電加熱組件提供安裝基準，并通過無磁材料螺釘緊固，經過軸孔配合實現與筒形光路支撐結構的同軸定位；筒形光路支撐結構經過軸孔配合實現與支撐底座的同軸定位。消磁桿通過端部螺紋安裝在支撐底座的對應螺紋孔上，磁屏蔽筒包含兩層屏蔽筒，采用筒蓋在內，筒體在外的結構設計，層與層之間通過支撐隔環實現配合定位，整體通過消磁桿實現與支撐底座的同軸定位，并利用主結構頂蓋和屏蔽筒壓緊結構進行固定與壓緊；激光器通過螺釘固定在支撐底座上，發出激光進入磁屏蔽筒內部為陀螺儀提供所需光束；主結構頂蓋和屏蔽筒壓緊結構都通過螺釘安裝在支撐底座上，三者共同構成整個陀螺儀結構的最外層封裝，支撐底座位于陀螺儀最底部并為陀螺儀各部件提供安裝基準。

進一步地，所述磁屏蔽筒采用高磁導率低噪聲材料，從而屏蔽包括地磁場在內的環境磁場，陀螺儀除激光器以外的全部光路結構均置于磁屏蔽筒內部，并集成于筒形光路支撐結構上。

進一步地，所述筒形光路支撐結構材料為低導熱率、低膨脹系數且無磁的塑料，通過定位柱與支撐底座進行軸孔配合實現同軸定位，該結構置于磁屏蔽筒內部并利用支撐隔環與磁屏蔽筒相互配合；光束通過磁屏蔽筒筒蓋上的通光孔進入磁屏蔽筒內部，并分別通過筒形光路支撐結構上安裝的直角棱鏡和反射鏡反射進入氣室。

本發明與現有技術相比的優點在于：