一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构制造技术

一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，通过将气室定位于烤箱，烤箱定位于线圈支撑筒，线圈支撑筒定位于磁场屏蔽筒，能够避免悬空安装，定位更加可靠，有利于降低外部振动等干扰的影响，从而提高了装置的稳定性、可靠性，其特征在于，包括安装在主体结构上的磁场组件，所述磁场组件的磁场屏蔽筒内设置有线圈支撑筒，所述线圈支撑筒的筒底嵌套槽套住烤箱的一端，所述烤箱的另一端被烤箱支撑筒的筒底嵌套槽套住，所述烤箱支撑筒的筒口外沿被所述线圈支撑筒的筒口内沿套住，所述烤箱内设置有用作气室安装基准的夹持装置。有用作气室安装基准的夹持装置。有用作气室安装基准的夹持装置。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构


[0001]本专利技术涉及紧凑型惯性测量结构
，特别是一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其中各模块化的分器部件通过接口装配，便于更换与维护，且基准传递更加可靠，提高了对不同设计方案的可拓展性、融合性，便于进行科学研究与运载体的长时间惯性导航。

技术介绍

[0002]随着原子操纵技术的不断发展，在科学仪器、惯性测量领域，出现了以操纵冷原子、热原子为基础，从而敏感相关场信息，具备前沿科学探索、惯性信息测量等功能的新型原子传感器。其中，利用光场、磁场、热场使热原子处于无自旋交换弛豫态(Spin
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Exchange Relaxation
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Free，SERF)的惯性测量装置得到国内外的重点关注，发展为高灵敏度惯性测量的手段之一。
[0003]上述装置依赖激光提取原子信息，故早期的结构一般搭建于光学平台，其后发展的卧式、立式的装置布局基本沿用早期设计，包括由可调镜架搭载光学元件组成的光学结构、磁屏蔽筒和磁场操纵线圈组成的磁场结构、热气流或产热线圈进行升温及烤箱进行保温的热控结构。此外，为了追求更高的精度与稳定性，还可利用真空系统包裹敏感表头以削弱空气波动干扰；利用水冷系统隔绝内部高温以减少磁屏蔽材料噪声；利用消磁系统降低磁材料剩磁与剩磁梯度以降低剩磁影响；利用隔振系统承载装置以衰减环境震动噪声。
[0004]对于紧凑型惯性测量结构的设计，需要在满足高精度测量要求的情况下，尽可能减少器件缩小体积，且保障可操作性。一般地，对激光器出射的激光进行光束整形、准直、扩束后，还需要经过玻片、透镜、棱镜等元件以获得一定功率密度、偏振态、方位角的激光，满足操纵原子、提取原子信息的需要。而光学元件安装于狭小空间内，故常需耗费大量时间进行对准、调整操作，且不便于更换。此外，为了满足高屏蔽系数、低材料噪声要求，屏蔽筒需设置为2～5层的组合型磁屏蔽系统，常采用轴孔配合、辅以支撑圆环的方式层层安装，配合精度低且拆装复杂。一般地，用于传感、控制的导线将敏感表头外部电控系统与内部传感器、执行器连接起来，结构上常采用穿过磁屏蔽筒盖中心的设计。因此在仪器的装配、调试过程中，需要反复剪断、连接导线以拆卸筒内部件，操作步骤复杂、耗时长且连接处焊锡可能引入干扰磁场。用以承载原子的气室是敏感惯性信息的核心元件，常采用悬臂梁结构安装于主体结构壁，固定方式简单但致使气室悬空，易受干扰振动影响，影响装置稳定性。此外，验证装置在两个正交方向上的惯性敏感性时，需要设置两束垂直激光分别提取相应惯性信息，还要设置同时垂直于两光束的抽运原子激光作为测量的基础，因此在尺寸约束下的三光束精密对准问题亟待解决。同时，考虑到双轴模式下的装置固定问题，需在表头设计两个平整配合面，以保证测试稳定性。综上，目前紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量装置需进行结构设计优化，现有结构装配复杂、拆装困难，影响其作为科研平台的实验效率，不利于精度的进一步提升与未来的工程化需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是：克服现有紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构的不足，利用模块化分组件的设计思路，减小各部分体积，且便于更换，可兼容多种光场、磁场、热场设计方案；基于模块化光学底板的光学组件，可进行独立调节、整体安装，缩短光路调整时间；基于一体式多层磁屏蔽筒的磁场组件，保障了轴孔配合的装配精度，同时利用径向开槽简化了拆装流程；通过合理设计安装基准，紧密夹持固定原子气室，基准传递更加可靠；通过合理分配装配精度、设置精调镜架，保障光束间的正交对准；通过配置通信接口、使用沉头紧固件，保证装置表面的平整性。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其特征在于，包括安装在主体结构上的磁场组件，所述磁场组件的磁场屏蔽筒内设置有线圈支撑筒，所述线圈支撑筒的筒底嵌套槽套住烤箱的一端，所述烤箱的另一端被烤箱支撑筒的筒底嵌套槽套住，所述烤箱支撑筒的筒口外沿被所述线圈支撑筒的筒口内沿套住，所述烤箱内设置有用作气室安装基准的夹持装置。
[0008]所述主体结构上分布有若干光学底板，各光学底板上安装有光学器部件，所述光学器部件用于操纵形成相互正交的抽运光和检测光分别照射并穿过气室。
[0009]所述烤箱内设置有温控组件，所述温控组件包括产热线圈、测温电阻和控温电路的组合，所述温控组件用于均匀提升并保持原子系综的温度，从而增加原子数密度，增强原子对惯性信息的敏感性，提高信噪比。
[0010]所述磁场屏蔽筒采用一体式多层磁屏蔽筒结构。
[0011]所述磁场组件包括外消磁工装、内消磁工装和筒间工装，所述磁场组件用于提供弱磁场环境及磁场激励信号，从而降低原子对外界干扰磁场的敏感性，提高原子自旋的相干性，并达到磁场操纵原子系综的目的。
[0012]所述主体结构上设置有屏蔽盖，所述屏蔽盖的顶面设置有盖把手，所述屏蔽盖的侧面设置有走线板，所述主体结构的底面设置有底角铁。
[0013]所述线圈支撑筒上安装有磁场操纵线圈，用于生成内部磁场。
[0014]所述主体结构上安装有光学组件，所述光学组件由激光器、光学元器件及其承载底板组成，通过配合面、对准孔和螺钉连接来实现光学组件与主体结构的定位并固定，所述光学组件用于提供满足功率、偏振度和入射角度要求的三束激光，从而提取原子感受到的两正交方向上的转动信息。
[0015]所述夹持装置包括位于烤箱内腔中一端的固定块和另一端的压紧块，所述固定块与所述压紧块之间形成气室腔，所述气室腔中的固定块表面是气室的安装定位基准，所述烤箱的内腔壁上设置有压紧块滑动导轨以使压紧块沿滑动导轨对气室进行压紧。
[0016]本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，主要由光学组件、磁场组件、温控组件构成。光学组件用于提供满足功率、偏振度、入射角度要求的三束激光，从而提取原子感受到的两正交方向上的转动信息。磁场组件用于提供弱磁场环境及磁场激励信号，从而降低原子对外界干扰磁场的敏感性，提高原子自旋的相干性，并达到磁场操纵原子系综的目的。温控组件用于均匀提升并保持原子系综的温度，从而增加原子数密度，增强原子对惯性信息的敏感性，提高信噪比。本专利技术实现了在体积约束下
的双轴惯性测量结构，可兼容多种光场、磁场、热场设计方案。通过结构优化设计，该装置的光路便于调节、结构拆装方便、安装基准可靠、实验安全性强，提升了进行科学研究的实验效率，有利于运载体的长时间惯性导航探索。
[0017]本专利技术与现有技术相比的优点如下：
[0018](1)本专利技术的光学组件采用模块化光学底板，可一体式搭载光学器部件。可在装置外独立地进行光学元件的轴线重合、激光光轴对准等调节工作，然后整体安装到装置内部，配合可靠，操作简单，可调节性强。对于不同的抽运、检测光路方案，往往需要组合搭建不同光学器件，耗时长且重复性差，而本专利技术可直接更换对应的模块化光路组件，节省实验时间。同时，一套光学组件进行一次光路对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其特征在于，包括安装在主体结构上的磁场组件，所述磁场组件的磁场屏蔽筒内设置有线圈支撑筒，所述线圈支撑筒的筒底嵌套槽套住烤箱的一端，所述烤箱的另一端被烤箱支撑筒的筒底嵌套槽套住，所述烤箱支撑筒的筒口外沿被所述线圈支撑筒的筒口内沿套住，所述烤箱内设置有用作气室安装基准的夹持装置。2.根据权利要求1所述的紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其特征在于，所述主体结构上分布有若干光学底板，各光学底板上安装有光学器部件，所述光学器部件用于操纵形成相互正交的抽运光和检测光分别照射并穿过气室。3.根据权利要求1所述的紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其特征在于，所述烤箱内设置有温控组件，所述温控组件包括产热线圈、测温电阻和控温电路的组合，所述温控组件用于均匀提升并保持原子系综的温度，从而增加原子数密度，增强原子对惯性信息的敏感性，提高信噪比。4.根据权利要求1所述的紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其特征在于，所述磁场屏蔽筒采用一体式多层磁屏蔽筒结构。5.根据权利要求1所述的紧凑型无自旋交换弛豫双轴惯性测量结构，其特征在于，所述磁场组件包括外消磁工装、内消磁工装和筒间工装，所述磁场组件用于提供弱磁场环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：全伟，高航，范文峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：