一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及原子陀螺操技术领域，具体公开了一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法。一种原子陀螺的精密光磁对准系统，该系统包括检测光源、驱动光源、三维线圈以及原子气室，其中，原子气室置于三维线圈的中央，检测光源置于原子气室一侧的三维线圈外，光电探测器置于与检测光源相对应的三维线圈另一侧，使检测光源照射通过原子气室后可被光电探测器所接收；驱动光源置于与检测光源相垂直的方向上，并使驱动光源产生的光速通过原子气室。本发明专利技术所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法，可以保证驱动光场与主磁场一直处于敬慕对准状态，增强了原子陀螺内部原子系综的操控精度，对提高原子陀螺精度以及各项性能指标提供了有力帮助。

A Precise Photomagnetic Alignment System and Method for Atomic Gyroscope

The invention relates to the technical field of atomic gyroscope operation, in particular to a precise optical magnetic alignment system and method of atomic gyroscope. A precise photomagnetic alignment system for atomic gyroscope consists of a detection light source, a driving light source, a three-dimensional coil and an atomic gas chamber, in which the atomic gas chamber is placed in the center of the three-dimensional coil, the detection light source is placed outside the three-dimensional coil on one side of the atomic gas chamber, and the photoelectric detector is placed in another three-dimensional coil corresponding to the detection light source. On one side, the photodetector can receive the light source illuminated through the atomic chamber, and the driving light source is placed in the direction perpendicular to the detecting light source, and the speed of light generated by the driving light source passes through the atomic chamber. The precise optical-magnetic alignment system and method of the atomic gyroscope can ensure that the driving light field and the main magnetic field are always in an admiring alignment state, enhance the operation accuracy of the atomic ensemble in the atomic gyroscope, and provide a powerful help for improving the accuracy of the atomic gyroscope and various performance indicators.

【技术实现步骤摘要】
一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法
本专利技术属于原子陀螺操控
，具体涉及一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法。
技术介绍
原子陀螺是目前可以达到导航级精度体积最小的陀螺仪，其高精度、对加速度不敏感、标度因数稳定以及小体积低功耗等特点，被视为下一代陀螺的发展方向。原子陀螺通过探测原子在驱动光场以及主磁场作用下对敏感轴输入角速率的不同响应来达到测量角运动的目的。因此在原子陀螺中要求驱动光场坐标系与主磁场坐标系重合，由于驱动光场和主磁场不重合所造成的误差直接影响到原子陀螺内部原子系综的操控精度，并最终影响到陀螺精度，因此高精度的原子陀螺对驱动光场与主磁场的对准精度提出了更高的要求。但目前原子陀螺内部主要是依靠机械加工精度以及装配工艺来保证光磁对准的精度，但在实际情况下，由于机械加工误差导致线圈绕线圆心与陀螺轴心不同轴、发光元器件发光面加工误差导致光场出射角度偏差、装配工艺水平较低导致对准精度不高等原因制约了原子陀螺内部驱动光场与主磁场的对准精度，直接影响了原子陀螺内部原子系综操控的精度，对陀螺性能产生了较大影响，制约了陀螺精度的进一步提高。需要一种能够提高原子陀螺内部主磁场与驱动光场对准精度的方法，隔离掉此类因素的影响，保证原子系综的操控精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法，其可以提高原子陀螺内部驱动广场与主磁场的对准精度，提高原子系本专利技术的技术方案如下：一种原子陀螺的精密光磁对准系统，该系统包括检测光源、驱动光源、三维线圈以及原子气室，其中，原子气室置于三维线圈的中央，检测光源置于原子气室一侧的三维线圈外，光电探测器置于与检测光源相对应的三维线圈另一侧，使检测光源照射通过原子气室后可被光电探测器所接收；驱动光源置于与检测光源相垂直的方向上，并使驱动光源产生的光速通过原子气室。所述的检测光源及原子气室之间的光路上放置有起偏器，其中，起偏器用于对检测光源产生的检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光速。所述的原子气室与光电探测器之间的光路上设有检偏器，其中，检偏器用于对已经起偏的检测光进行检偏。所述的原子气室内部充有敏感角速率的原子。所述的三维线圈可产生主磁场和修正主磁场的其他两个方向的磁场。一种原子陀螺的精密光磁对准方法，该方法具体包括如下步骤：步骤1、建立原子陀螺的精密光磁对准系统；搭建原子陀螺的精密光磁对准系统，确保检测光源与驱动光源发出的光场完全通过原子气室；步骤2、启动原子陀螺的紧密光磁对准系统，并保证系统处于正常工作状态；步骤3、在沿驱动光源方向的三维线圈施加方波电压信号，并利用光电探测器进行检测，验证光场与磁场的精密对准；步骤4、调整三维线圈其他两个方向的磁场大小及方向，直到光电探测器输出信号为直流信号，完成光场与磁场精确对准。所述的步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1、在沿驱动光源方向的三维线圈上施加一个高电平为5V，低电平为0V的方波信号，使驱动光源方向的线圈高电平时产生1Gs的主磁场；步骤3.2、利用光电探测器检测输出信号是否为方波信号，若为方波信号则进入步骤4，若无明显变化，则提高光电探测器放大倍数，直至放大倍数到最高，证明光场与磁场已经精密对准。所述的步骤4具体包括：若光电探测器输出信号为方波，则分别调整三维线圈另外两个方向磁场大小和方向，直到光电探测器输出信号为直流信号，表明原子系综方向在其他两个方向没有投影，光场与磁场已精确对准。所述的步骤2具体包括：将原子气室加热至100℃，并打开检测光源及驱动光源，使系统处于正常工作状态，利用光电探测器，观察输出信号是否正常。本专利技术的显著效果在于：本专利技术所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统及方法，可以保证驱动光场与主磁场一直处于敬慕对准状态，增强了原子陀螺内部原子系综的操控精度，对提高原子陀螺精度以及各项性能指标提供了有力帮助。附图说明图1为本专利技术所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统结构示意图；图中：1、检测光源；2、驱动光源；3、三维线圈；4、起偏器；5、原子气室；6、检偏器；7、光电探测器。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所述，一种原子陀螺的精密光磁对准系统，包括检测光源1、驱动光源2、三维线圈3以及原子气室5，其中，原子气室5置于三维线圈3的中央，检测光源1置于原子气室3一侧的三维线圈3外，光电探测器7置于与检测光源1相对应的三维线圈3另一侧，使检测光源照射通过原子气室5后可被光电探测器7所接收；在检测光源1及原子气室5之间的光路上放置有起偏器4，并在原子气室5与光电探测器7之间的光路上放置有检偏器6，其中，起偏器4用于对检测光源1产生的检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光速；检偏器6用于对已经起偏的检测光进行检偏；驱动光源2置于与检测光源1相垂直的方向上，并使驱动光源2产生的光速通过原子气室5，其中，原子气室5内部充有敏感角速率的原子；三维线圈3用于产生主磁场和修正主磁场的其他两个方向的磁场。一种原子陀螺的精密光磁对准方法，该方法具体包括如下步骤：步骤1、建立原子陀螺的精密光磁对准系统；搭建原子陀螺的精密光磁对准系统，确保检测光源与驱动光源发出的光场完全通过原子气室；步骤2、启动原子陀螺的紧密光磁对准系统，并保证系统处于正常工作状态；将原子气室加热至100℃，并打开检测光源及驱动光源，使系统处于正常工作状态，利用光电探测器，观察输出信号是否正常；步骤3、在沿驱动光源方向的三维线圈施加方波电压信号，并利用光电探测器进行检测，验证光场与磁场的精密对准；步骤3.1、在沿驱动光源方向的三维线圈上施加一个高电平为5V，低电平为0V的方波信号，使驱动光源方向的线圈高电平时产生1Gs的主磁场；步骤3.2、利用光电探测器检测输出信号是否为方波信号，若为方波信号则进入步骤4，若无明显变化，则提高光电探测器放大倍数，直至放大倍数到最高，证明光场与磁场已经精密对准；步骤4、调整三维线圈其他两个方向的磁场大小及方向，直到光电探测器输出信号为直流信号，完成光场与磁场精确对准；若光电探测器输出信号为方波，则分别调整三维线圈另外两个方向磁场大小和方向，直到光电探测器输出信号为直流信号，表明原子系综方向在其他两个方向没有投影，光场与磁场已精确对准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子陀螺的精密光磁对准系统，其特征在于：该系统包括检测光源(1)、驱动光源(2)、三维线圈(3)以及原子气室(5)，其中，原子气室(5)置于三维线圈(3)的中央，检测光源(1)置于原子气室(3)一侧的三维线圈(3)外，光电探测器(7)置于与检测光源(1)相对应的三维线圈(3)另一侧，使检测光源照射通过原子气室(5)后可被光电探测器(7)所接收；驱动光源(2)置于与检测光源(1)相垂直的方向上，并使驱动光源(2)产生的光速通过原子气室(5)。

【技术特征摘要】
1.一种原子陀螺的精密光磁对准系统，其特征在于：该系统包括检测光源(1)、驱动光源(2)、三维线圈(3)以及原子气室(5)，其中，原子气室(5)置于三维线圈(3)的中央，检测光源(1)置于原子气室(3)一侧的三维线圈(3)外，光电探测器(7)置于与检测光源(1)相对应的三维线圈(3)另一侧，使检测光源照射通过原子气室(5)后可被光电探测器(7)所接收；驱动光源(2)置于与检测光源(1)相垂直的方向上，并使驱动光源(2)产生的光速通过原子气室(5)。2.根据权利要求1所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统，其特征在于：所述的检测光源(1)及原子气室(5)之间的光路上放置有起偏器(4)，其中，起偏器(4)用于对检测光源(1)产生的检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光速。3.根据权利要求1所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统，其特征在于：所述的原子气室(5)与光电探测器(7)之间的光路上设有检偏器(6)，其中，检偏器(6)用于对已经起偏的检测光进行检偏。4.根据权利要求1～3任意所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统，其特征在于：所述的原子气室(5)内部充有敏感角速率的原子。5.根据权利要求1～3任意所述的一种原子陀螺的精密光磁对准系统，其特征在于：所述的三维线圈(3)可产生主磁场和修正主磁场的其他两个方向的磁场。6.一种原子陀螺的精密光磁对准方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：步骤1、建立原子陀螺的精密光磁对...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦杰，孙晓光，万双爱，刘建丰，田晓倩，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11