一種主被動(dòng)磁屏蔽方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陀螺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核磁共振陀螺用磁屏蔽方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十年來(lái)，隨著量子調(diào)控技術(shù)的發(fā)展，原子陀螺發(fā)展迅速，已成為下一代陀螺的重 要發(fā)展方向。核磁共振陀螺屬于原子陀螺的一類(lèi)，基于核自旋的磁共振頻率在慣性空間的 不變性測(cè)量角運(yùn)動(dòng)。該陀螺具有突出的高精度、小體積、純固態(tài)、對(duì)加速度不敏感等特點(diǎn)，代 表了未來(lái)高精度、小體積陀螺的發(fā)展方向。
[0003] 核磁共振陀螺工作中，角運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)得到的核磁共振頻率發(fā)生改變，但同時(shí) 磁場(chǎng)也會(huì)引起核磁共振頻率的改變。因此，需要高效地屏蔽環(huán)境磁場(chǎng)，隔離磁場(chǎng)對(duì)核磁共振 頻率測(cè)量的影響，提高核磁共振陀螺的精度。
[0004] 由于核磁共振陀螺體積較小，難以放入一個(gè)輔助的三軸磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量，一 般僅采用被動(dòng)磁屏蔽，通過(guò)測(cè)量信號(hào)的數(shù)學(xué)差分，降低磁場(chǎng)對(duì)核磁共振陀螺的影響，但是制 約了核磁共振陀螺動(dòng)態(tài)性能的提高；傳統(tǒng)的原子磁強(qiáng)計(jì)，可以進(jìn)行磁場(chǎng)的原位測(cè)量，但一般 為標(biāo)量（測(cè)量總磁場(chǎng)大?。⒒蚴噶浚y(cè)量一維磁場(chǎng)大?。?，難以對(duì)三維磁場(chǎng)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。 因此，現(xiàn)有磁屏蔽方法難以滿(mǎn)足目前小體積核磁共振陀螺對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)高效屏蔽的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題為：現(xiàn)有磁屏蔽方法難以滿(mǎn)足目前小體積核磁共振陀 螺對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)高效屏蔽要求。
[0006] 本發(fā)明的一種主被動(dòng)磁屏蔽方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、被動(dòng)屏蔽：在核磁共振陀螺的外部設(shè)置被動(dòng)屏蔽層，所述屏蔽層為高導(dǎo)磁 材料；
[0008] 步驟二、主動(dòng)補(bǔ)償：在核磁共振陀螺敏感結(jié)構(gòu)的外部，被動(dòng)屏蔽裝置的內(nèi)部設(shè)置主 動(dòng)補(bǔ)償裝置，所述主動(dòng)補(bǔ)償裝置包括原子磁強(qiáng)計(jì)、三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈2和電流源。
[0009] 所述原子磁強(qiáng)計(jì)用于檢測(cè)經(jīng)被動(dòng)屏蔽層屏蔽后剩余的磁場(chǎng)大小，并將檢測(cè)結(jié)果反 饋至電流源；所述三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈放置在被動(dòng)屏蔽層內(nèi)部，用于產(chǎn)生三個(gè)正交方向的補(bǔ)償磁 場(chǎng)；所述電流源用于驅(qū)動(dòng)三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈，根據(jù)原子磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量得到的三維剩余磁場(chǎng)大小，驅(qū) 動(dòng)三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈產(chǎn)生反向三維磁場(chǎng)，使原子磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)量輸出始終維持在零位；
[0010] 其中，所述原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)屏蔽后剩余磁場(chǎng)大小的具體方式為：利用檢測(cè)激光和 驅(qū)動(dòng)激光以及核磁共振陀螺自有的原子氣室構(gòu)成原子磁強(qiáng)計(jì)，所述驅(qū)動(dòng)激光垂直射入原子 氣室的一個(gè)面，用于極化原子自旋，定義其入射方向?yàn)閆軸正向；所述檢測(cè)激光從驅(qū)動(dòng)激光 入射面的鄰面垂直入射原子氣室，用于檢測(cè)原子自旋，定義其入射方向?yàn)閄軸正向；根據(jù)右 手法則定義Y軸正向，建立XYZ直角坐標(biāo)系；設(shè)置于原子氣室外部的三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈施加的 三維磁場(chǎng)用于對(duì)原子進(jìn)行調(diào)制，輔助三維磁場(chǎng)的測(cè)量；通過(guò)檢測(cè)激光獲得的自旋進(jìn)動(dòng)信息， 則：
[0011] (a)提取堿金屬原子電子順磁共振的2倍頻信息，獲得X軸的磁場(chǎng)大?。?br>[0012] (b)直接提取自旋進(jìn)動(dòng)信息，獲得Y軸的磁場(chǎng)大小；
[0013] (C)提取兩種核自旋原子的核磁共振頻率，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，獲得Z軸的磁場(chǎng)大小。
[0014] 優(yōu)選的，步驟一中所述被動(dòng)屏蔽層為圓筒狀或方筒狀或內(nèi)部中空的球狀，共兩層 或三層，采用1J85材料或其它磁導(dǎo)系數(shù)高的高導(dǎo)磁材料，所有的被動(dòng)屏蔽層共形心，相鄰 的兩層之間使用無(wú)磁材料填充或支撐。
[0015] 優(yōu)選的，步驟二中所述檢測(cè)激光采用線(xiàn)偏振光，波長(zhǎng)為堿金屬原子的Dl線(xiàn)或D2線(xiàn) 的失諧頻率；
[0016] 所述驅(qū)動(dòng)激光采用圓偏振光，波長(zhǎng)選擇為堿金屬原子的Dl線(xiàn)或D2線(xiàn)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為：
[0018] (1)本發(fā)明提供的主被動(dòng)磁屏蔽裝置，采用核磁共振陀螺自身應(yīng)該具備的原子氣 室、驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)激光、三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈，進(jìn)行主動(dòng)屏蔽，在未增加核磁共振陀螺硬件部件的基 礎(chǔ)上，提高磁屏蔽性能；
[0019] (2)本發(fā)明提供的原子磁強(qiáng)計(jì)用三維磁場(chǎng)測(cè)量方法，利用一次測(cè)量，同時(shí)獲得三維 原位磁場(chǎng)信息，解決主動(dòng)磁補(bǔ)償中磁場(chǎng)測(cè)量難以獲得三維原位磁場(chǎng)、三維磁場(chǎng)同時(shí)測(cè)量的 難題，提高主動(dòng)磁補(bǔ)償?shù)木扰c帶寬。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的主被動(dòng)磁屏蔽方法所使用的主被動(dòng)磁屏蔽裝置示意圖；
[0021] 圖2為原子磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)三維磁場(chǎng)的原理圖；
[0022] 圖中，1-被動(dòng)屏蔽層，2-三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈，3-原子氣室，4-檢測(cè)激光，5-驅(qū)動(dòng)激光。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種主被動(dòng)磁屏蔽方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] -種主被動(dòng)磁屏蔽方法，包括以下步驟：
[0025] 1)被動(dòng)屏蔽，在核磁共振陀螺的外部設(shè)置被動(dòng)屏蔽層1，所述被動(dòng)屏蔽層1如圖1 所示，具有圓筒狀外形，共有三層，采用1J85材料或其它磁導(dǎo)系數(shù)高的高導(dǎo)磁材料，用于衰 減環(huán)境磁場(chǎng)大小。三層被動(dòng)屏蔽層1共同一形心，相鄰的兩層之間使用無(wú)磁材料填充或支 撐。
[0026] 所述被動(dòng)屏蔽層1還可以為內(nèi)部中空的球狀或方筒狀，其層數(shù)可以為兩層。
[0027] 2)主動(dòng)補(bǔ)償，在核磁共振陀螺的外部，被動(dòng)屏蔽裝置的內(nèi)部設(shè)置主動(dòng)補(bǔ)償裝置，所 述主動(dòng)補(bǔ)償裝置包括原子磁強(qiáng)計(jì)、三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈2和電流源。
[0028] 所述原子磁強(qiáng)計(jì)由原子氣室3、檢測(cè)激光4和驅(qū)動(dòng)激光5構(gòu)成，用于測(cè)量經(jīng)被動(dòng)屏 蔽層1屏蔽后剩余三維磁場(chǎng)的大小。所述原子氣室3為立方體形狀，與核磁共振陀螺共用， 所述檢測(cè)激光4和驅(qū)動(dòng)激光5分別垂直射入原子氣室3的相鄰的兩個(gè)面。
[0029] 所述三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈2放置在被動(dòng)屏蔽裝置內(nèi)部，用于產(chǎn)生三個(gè)正交方向的磁場(chǎng)， 其形狀根據(jù)被動(dòng)屏蔽裝置的形狀可以為圓柱狀、球狀或四棱柱狀。
[0030] 所述電流源用于驅(qū)動(dòng)三維磁場(chǎng)線(xiàn)圈，根據(jù)原子磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量得到的三維剩余磁場(chǎng)大 小，產(chǎn)生反向三維磁場(chǎng)，使原子磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)量輸