一種微型核磁共振陀螺儀氣室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微型核磁共振陀螺儀氣室，所述的核磁共振陀螺儀氣室中的微型氣室由下封裝玻璃、氣室基板、上封裝玻璃、工作介質(zhì)組成；微型反射器由四塊外形和尺寸均相同的微型反射鏡組成。本發(fā)明的一種微型核磁共振陀螺氣室，通過微細(xì)加工方法可以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)或者亞毫米級(jí)尺度的微型氣室；采用微型反射器能夠引導(dǎo)探測(cè)光線，實(shí)現(xiàn)核磁共振陀螺儀中泵浦光源與光電探測(cè)器在氣室同側(cè)布置，以利于整個(gè)儀器的小型化。本發(fā)明的微型核磁共振陀螺儀氣室具有體積微小、結(jié)構(gòu)緊湊，不存在內(nèi)壁鍍膜困難和膜層材料選擇受限的問題，氣室制備方法與工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
【專利說明】
_種微型核磁共振陀螺儀氣)室
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于核磁共振陀螺儀小型化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型核磁共振陀螺儀氣室，能夠用做核磁共振陀螺儀的原子氣室?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]核磁共振陀螺儀是利用原子核的自旋磁矩在磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性物體角速度進(jìn)行測(cè)量的一種固態(tài)陀螺儀，小型化核磁共振陀螺儀是新型陀螺儀的一個(gè)重要研究方向。核磁共振氣室是核磁共振陀螺儀的核心器件之一，其體積是制約核磁共振陀螺儀小型化的關(guān)鍵因素之一。因此，微小尺度的核磁共振氣室的制備是核磁共振陀螺儀技術(shù)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。
[0003]為便于核磁共振陀螺儀總體結(jié)構(gòu)的小型化，美國(guó)加州大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出通過核磁共振氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得栗浦光源與光探測(cè)器布置在氣室同側(cè)的設(shè)計(jì)思路。該團(tuán)隊(duì)基于該思路設(shè)計(jì)了一種金字塔形核磁共振氣室，并通過MEMS工藝成功制備出了氣室體積僅為 1mm3、封裝尺寸為3.8mm X 3.8mm X 1.8mm(約為26mm3)的微型NMR氣室。但該氣室仍存在氣室反射面角度不可調(diào)、制備工藝復(fù)雜、鍍膜難度高且膜層材料選擇受限等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中微型核磁共振陀螺儀氣室存在制備工藝復(fù)雜、鍍膜困難且膜層材料選擇受限的不足，本發(fā)明提供一種微型核磁共振陀螺儀氣室。本發(fā)明是基于栗浦光源與光探測(cè)器在氣室同側(cè)的核磁共振陀螺儀結(jié)構(gòu)布局思路。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案是:本發(fā)明的一種微型核磁共振陀螺儀氣室，其特點(diǎn)是，所述的核磁共振陀螺儀氣室包括微型氣室和微型反射器。所述的微型核磁共振陀螺儀氣室含有下封裝玻璃、氣室基板、上封裝玻璃、工作介質(zhì)。所述的氣室基板的中心加工有微孔。所述的下封裝玻璃的上表面與氣室基板的下表面固定，氣室基板的上表面與上封裝玻璃的下表面固定。所述的氣室基板的微孔、下封裝玻璃的上表面、上封裝玻璃的下表面構(gòu)成一個(gè)密封腔體。所述的工作介質(zhì)通過密封腔體封裝于氣室基板的微孔中。所述的微型反射器包括四塊結(jié)構(gòu)相同的楔形反射鏡，楔形反射鏡上均加工有反射鏡面，四個(gè)反射鏡面構(gòu)成一個(gè)空間反射面組。所述的微型反射器通過上封裝玻璃與微型氣室固定，且微型反射器與微型氣室的中心軸線重合。
[0006]所述的氣室基板中心的微孔為圓形或者方形中的一種。
[0007]所述的反射鏡面上鍍有用于反射探測(cè)光線的高反射率膜層。
[0008]所述的密封腔體的上、下表面鍍有抗弛豫膜層。
[0009]所述的氣室基板中心的微孔的孔壁上鍍有抗弛豫膜層。
[0010]本發(fā)明的原理是，利用微加工技術(shù)在氣室基板上加工出圓形或方形的微孔，通過陽極鍵合方法將下封裝玻璃與氣室基板的底面固定在一起，向氣室基板中的微孔中注入工作介質(zhì)，通過陽極鍵合方法將上封裝玻璃與氣室基板的頂面固定在一起以完成工作介質(zhì)的密封，并最終制備成含有核磁共振陀螺儀工作介質(zhì)的微型氣室;通過粘接，將四塊結(jié)構(gòu)和尺寸均相同的楔形反射鏡的組合在一起以加工出微型反射器;再通過粘接方式，將微型反射器與上封裝玻璃固定在一起，完成整個(gè)微型核磁共振陀螺儀氣室的制備。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:(1)本發(fā)明的一種微型核磁共振陀螺儀氣室，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)或者亞毫米級(jí)尺度的微型氣室的制備；(2)在微型反射器中四個(gè)楔形反射鏡的反射鏡面構(gòu)成了一個(gè)空間反射鏡組，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的穿過微型氣室的探測(cè)光線引導(dǎo)至探測(cè)光源一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)核磁共振陀螺儀中光源與探測(cè)器同側(cè)布局方法，進(jìn)而有利于整個(gè)核磁共振陀螺儀的結(jié)構(gòu)小型化。
[0012](3)楔形反射鏡中，反射鏡面的角度可變，可以根據(jù)實(shí)際光路布局需要進(jìn)行設(shè)計(jì)， 有利于光源與探測(cè)器位置的選擇和布置。
[0013](4)在氣室加工制備過程中，由于反射鏡面是楔形反射鏡的外表面，不存在內(nèi)壁鍍膜困難和膜層材料選擇受限的問題，加工工藝簡(jiǎn)單?！靖綀D說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的微型核磁共振陀螺儀氣室的三維剖切圖；圖2為本發(fā)明的微型核磁共振陀螺儀氣室的剖視圖；圖3為本發(fā)明中的微型氣室的三維剖切圖；圖4為本發(fā)明中的微型反射器的三維剖切圖；圖5為本發(fā)明中的楔形反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中的楔形反射鏡的截面圖；圖7為本發(fā)明在核磁共振陀螺儀中的工作原理圖。[〇〇15]圖中，1.下封裝玻璃2.氣室基板3.上封裝玻璃4.工作介質(zhì)5.楔形反射鏡6.反射鏡鏡面7.光源8.光電探測(cè)器A.栗浦光B.探測(cè)光?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。[〇〇17] 實(shí)施例1圖1為本發(fā)明的微型核磁共振陀螺儀氣室的三維剖切圖，圖2為本發(fā)明的微型核磁共振陀螺儀氣室的剖視圖，圖3為本發(fā)明中的微型氣室的三維剖切圖，圖4為本發(fā)明中的微型反射器的三維剖切圖，圖5為本發(fā)明中的楔形反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本發(fā)明中的楔形反射鏡的截面圖，圖7為本發(fā)明在核磁共振陀螺儀中的工作原理圖。
[0018]在圖1?圖7中，本發(fā)明的一種微型核磁共振氣室包括微型氣室和微型反射器。所述的微型核磁共振陀螺儀氣室含有下封裝玻璃1、氣室基板2、上封裝玻璃3、工作介質(zhì)4。所述的氣室基板2的中心加工有微孔。所述的下封裝玻璃1的上表面與氣室基板2的下表面固定， 氣室基板2的上表面與上封裝玻璃3的下表面固定。所述的氣室基板2的微孔、下封裝玻璃1 的上表面、上封裝玻璃3的下表面構(gòu)成一個(gè)密封腔體。所述的工作介質(zhì)4通過密封腔體封裝于氣室基板2的微孔中。所述的微型反射器包括四塊結(jié)構(gòu)相同的楔形反射鏡5,楔形反射鏡5 上均加工有反射鏡面6,四個(gè)反射鏡面6構(gòu)成一個(gè)空間反射面組。所述的微型反射器通過上封裝玻璃3與微型氣室粘接固定，且微型反射器與微型氣室的中心軸線重合。
[0019]所述的反射鏡面6上鍍有用于反射探測(cè)光線的高反射率膜層。
[0020]所述的密封腔體的上、下表面鍍有抗弛豫膜層。[0021 ]所述的氣室基板2中心的微孔的孔壁上鍍有抗弛豫膜層。
[0022]本實(shí)施例中，氣室基板2中心的微孔為圓形;共設(shè)置有四個(gè)楔形反射鏡，楔形反射鏡5為其中一個(gè);共有四個(gè)反射鏡面，反射鏡面6為其中一個(gè)。[〇〇23]本發(fā)明的制備過程如下:(1)通過微加工技術(shù)在氣室基板2中心加工出微孔；(2 )通過陽極鍵合方法將下封裝玻璃1固定在氣室基板2的底面；(3)向氣室基板2的微孔中注入工作介質(zhì)4;(4)通過陽極鍵合方法將上封裝玻璃3固定在氣室基板2的頂面，從而將工作介質(zhì)密封在氣室基板2的微孔中；(5)通過光學(xué)加工方法加工出楔形反射鏡5;(6 )在楔形反射鏡5的反射鏡面6上鍍上高反射率的薄膜；(7)通過粘接，將四塊相同的楔形反射鏡5的組合在一起以加工出微型反射器2;(8)通過粘接，將微型反射器2和微型氣室1中的上封裝玻璃鍵合在一起，從而完成整個(gè)微型核磁共振氣室的制備。
[0024]本發(fā)明在核磁共振陀螺儀中的工作過程如圖7所示，微型氣室1中密封的工作介質(zhì) 4在光源3發(fā)出的栗浦光A、外加靜磁場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)(未不出)的作用下產(chǎn)生核磁共振效應(yīng);光源3發(fā)出的探測(cè)光B穿過氣室后經(jīng)微型反射器2上的楔形反射鏡5兩次反射后入射到與光源3 同側(cè)的光電探測(cè)器4上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣室工作介質(zhì)核磁共振信號(hào)的拾取。
[0025]本發(fā)明中，楔形反射鏡5的反射鏡面6與底面的夾角財(cái)艮據(jù)栗浦光A和探測(cè)光B的夾角a以及光電探測(cè)器4的位置確定，入射到光電探測(cè)器4中的探測(cè)光線B、栗浦光線A的夾角Y 與<1、0的關(guān)系為y =40-a-Ji。
[0026]實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，氣室基板2中心的微孔為方形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微型核磁共振陀螺儀氣室，其特征在于，所述的核磁共振陀螺儀氣室包括微型 氣室和微型反射器;所述的微型核磁共振陀螺儀氣室含有下封裝玻璃(1)、氣室基板(2)、上 封裝玻璃(3)、工作介質(zhì)(4);所述的氣室基板(2)的中心加工有微孔;所述的下封裝玻璃(1) 的上表面與氣室基板(2)的下表面固定，氣室基板(2)的上表面與上封裝玻璃(3)的下表面 固定;所述的氣室基板(2)的微孔、下封裝玻璃(1)的上表面、上封裝玻璃(3)的下表面構(gòu)成 一個(gè)密封腔體;所述的工作介質(zhì)(4)通過密封腔體封裝于氣室基板(2)的微孔中；所述的微 型反射器包括四塊結(jié)構(gòu)相同的楔形反射鏡(5)，楔形反射鏡(5)上均加工有反射鏡面(6)，四 個(gè)反射鏡面(6)構(gòu)成一個(gè)空間反射面組;所述的微型反射器通過上封裝玻璃(3)與微型氣室 粘接固定，且微型反射器與微型氣室的中心軸線重合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特征在于，所述的氣室基板(2) 中心的微孔為圓形或者方形中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特征在于，所述的反射鏡面(6) 上鍍有用于反射探測(cè)光線的高反射率膜層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特征在于，所述的密封腔體的 上、下表面鍍有抗弛豫膜層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型核磁共振陀螺儀氣室，其特征在于，所述的氣室基板(2) 中心的微孔的孔壁上鍍有抗弛豫膜層。
【文檔編號(hào)】G01C19/62GK105973217SQ201610385136
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】汪寶旭, 朱明智, 蘇瑞峰, 陳剛
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所