[發明專利]一種用于SERF陀螺儀的高穩定性法拉第調制器

有效

• 申請號: 202110026609.6
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112857354B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 張俊峰;高洪宇;董麗紅;聶魯燕;王建龍;劉曉妍
• 申請（專利權）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: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種用于SERF陀螺儀的高穩定性法拉第調制器，包括組合型螺線管、無磁恒溫加熱組件和磁屏蔽組件；所述磁屏蔽組件包括屏蔽蓋和屏蔽筒；所述無磁恒溫加熱組件包括：保溫筒、加熱骨架、雙絞加熱絲、保溫蓋、加熱蓋、窗口片和雙絞加熱絲引出線；所述組合型螺線管包括線圈骨架、組合螺線管線圈、組合螺線管線圈引出線、磁光晶體、測溫電阻和測溫電阻引出線。本發明在滿足指標要求的同時實現較為緊湊的體積；采取磁屏蔽設計，降低環境磁場變化對調制效果的影響；采取溫控設計，降低環境溫度變化對調制效果的影響。

技術領域

本發明屬于慣性測量傳感器技術領域，涉及一種高精度、小體積的無自旋交換弛豫(Spin Exchange Relaxation Free-SERF)原子自旋陀螺儀，尤其是一種用于SERF陀螺儀的高穩定性法拉第調制器。

背景技術

利用原子無自旋交換弛豫原理工作的陀螺儀稱為SERF原子自旋陀螺儀(簡稱SERF陀螺儀)，迄今多個國家已研制出多種類型的SERF陀螺儀原理驗證系統，部分公司研制已處于工程化階段。2002年，由普林斯頓大學在“CPT(電荷共軛-宇稱-時間反演)是否守恒實現”研究過程中實現了原子自旋系綜的SERF態，該自旋系綜狀態大幅提高了自旋器件的理論靈敏度。普林斯頓大學物理系分別于2005年、2011年完成了第一、第二代SERF陀螺儀原理樣機研制工作。TWINLEAF公司獲得美國國防部的大力支持，致力于SERF原子自旋陀螺技術研究。霍尼韋爾公司的研究小組開展了芯片級SERF原子自旋陀螺儀的研制。

SERF陀螺儀工作原理為：堿金屬原子的電子自旋和惰性氣體的核自旋，通過操控堿金屬原子的電子自旋工作于SERF態，惰性氣體原子的核自旋與堿金屬原子的電子自旋強耦合。當載體轉動時，堿金屬原子的電子自旋保持定軸，檢測激光固連在載體上而隨載體轉動，其與電子自旋的夾角反應了載體相對慣性空間轉動。

SERF陀螺儀原理系統示意圖如圖1所示。通過光場、磁場對原子自旋的綜合操控，可以實現原子自旋極化。當載體相對慣性空間轉動時，固連于載體的泵浦激光跟隨載體轉動，將強迫原子自旋進動到泵浦激光方向。由于檢測激光也固連于載體上，當載體相對慣性空間轉動時，檢測激光與原子自旋的夾角也會發生改變，夾角改變的大小反映了角速度的大小。檢測激光會與原子自旋發生相互作用，不同的原子自旋指向使檢測激光的線偏振方向發生改變，通過檢測這一線偏振方向變化可以實現對角速度的測量。

探測光路模塊實現信號檢測，將原子自旋攜帶的角速度信息轉化為可讀信息。目前，針對SERF陀螺儀的線偏振光轉角檢測方法主要包括四種：差分偏振法、法拉第調制法、電光調制法以及光彈調制法。差分偏振法，標度因數準確，但無調制下信噪比低。法拉第調制法，檢測靈敏度高，但硬件復雜、控制難。電光調制法，標度因數控制相對容易，但檢測靈敏度相對較低。光彈調制法，通光孔徑大、光路對準簡單，但檢測靈敏度相對較低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種用于SERF陀螺儀的高穩定性法拉第調制器，可滿足SERF陀螺儀原理驗證系統探測光路模塊對實現信號檢測調制的需求。

本發明解決其現實問題是采取以下技術方案實現的：

一種用于SERF陀螺儀的高穩定性法拉第調制器，包括組合型螺線管、無磁恒溫加熱組件和磁屏蔽組件；

所述磁屏蔽組件包括屏蔽蓋和屏蔽筒，該屏蔽筒一端開口，在該屏蔽筒的開口側安裝有屏蔽蓋，在屏蔽蓋和屏蔽筒底部制有軸向通孔；

所述無磁恒溫加熱組件包括：保溫筒、加熱骨架、雙絞加熱絲、保溫蓋、加熱蓋、窗口片和雙絞加熱絲引出線；在所述屏蔽筒內側同軸安裝有保溫筒，在保溫筒的軸向兩端分別安裝有保溫蓋；在保溫筒內側同軸安裝有加熱骨架，所述加熱骨架為一端開口結構，在其開口側安裝有加熱蓋；在加熱骨架內嵌裝有雙絞加熱絲，該雙絞加熱絲與雙絞加熱絲引出線的一端相連接；在加熱蓋和加熱骨架底部軸向制有軸向通孔；在所述保溫蓋上軸向制有窗口通槽，在該窗口通槽靠近屏蔽蓋和屏蔽筒一側安裝有窗口片。