CN106989759A - 一种核磁共振陀螺仪实验平台结构 - Google Patents

一种核磁共振陀螺仪实验平台结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，该平台是对核磁共振陀螺仪样机的气室参数、光路特性、磁场分布等各项技术进行实验探究与验证的平台，主要包括烤箱结构、线圈结构、磁屏蔽结构和光路系统几部分。烤箱结构用于原子气室的固定与加热，能够对不同的加热技术进行研究；线圈结构采用V型槽、键与支架等进行定位与固定，可以进行高精度磁场控制与补偿；磁屏蔽结构采用四层方形屏蔽桶，用于屏蔽外界磁场；光路位于屏蔽桶外部，采用笼式系统搭建，便于调节与对准。本发明组件布局合理，安装对准方便，实验操作简单，可对不同技术进行实验研究，为核磁共振陀螺仪样机的研制提供了基础。

Description

一种核磁共振陀螺仪实验平台结构
技术领域
本发明涉及核磁共振陀螺仪领域，具体涉及一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，该结构组件布局合理，安装对准方便，实验操作简单，可以对核磁共振陀螺仪样机的各项技术进行实验探究与验证。
背景技术
高精度的惯性导航系统是国防军事领域的重大需求，而陀螺仪作为惯性导航系统的关键部件之一，在国民经济与国防建设领域具有重要地位。传统的转子陀螺仪、光学陀螺仪都遇到了精度提高的瓶颈，因此量子陀螺仪逐渐成为研究的热点。近年来，量子调控技术的发展和微加工工艺的进步，使得制造高精度、小体积、低成本的核磁共振陀螺仪成为可能。因此，核磁共振陀螺仪的发展得到了越来越广泛的关注。
核磁共振陀螺仪诞生于20世纪70年代，其理论研究已十分成熟，但在小型化过程中存在很多技术难题。国内外多家单位对微小型核磁共振陀螺仪技术开展了研究，有些单位已研制出小型化样机。但总体来说，小型化样机研制过程复杂、研制周期长，实验过程易造成器件损坏，使得样机的工程化生产与应用十分困难。一种较好的小型化样机研究方式是，先对各单项技术进行详细的实验验证，再进行集成。目前小型化样机研制过程的单项技术实验一般在体积较大的样机上进行，但大体积样机在设计时主要考虑一体化和技术指标，很少考虑单项实验的便利性，导致很多技术实验难以开展。因此，有必要研制一种专用的实验平台，用于样机小型化过程中各项技术的验证，从而使研制过程更加简捷。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种可以方便地对小型化核磁共振陀螺仪样机的各项技术进行研究与验证的实验平台结构，该结构组件布局合理、安装对准方便、实验操作简单，大大方便了小型化核磁共振陀螺仪样机的研制过程。
本发明的技术解决方案是：一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，包括烤箱(1)、加热陶瓷(2)、线圈骨架(3)、线圈定位及固定组件(4)、磁屏蔽桶(5)和安装基座(6)；其中磁屏蔽桶(5)采用四层方形，各层之间通过相互的配合定位，最外层磁屏蔽桶通过四周的圆孔，利用螺钉和螺母与安装基座(6)固定；线圈骨架(3)利用V型槽(7)与键(8)进行定位，并用支架(9)和螺钉(10)进行固定；烤箱(1)位于实验平台结构的最中部，利用螺钉固定在线圈骨架(3)中，四面开有通光孔；加热陶瓷(2)放置在烤箱(1)中，用于把原子气室(11)固定在烤箱中心，且原子气室(11)的上面贴有无磁电加热膜，用于对原子气室(11)进行温控；烤箱(1)内留有足够空间，以测试不同形状加热陶瓷(2)、不同无磁电加热膜的温控效果；外部光路采用笼式系统搭建，便于调节和对准，四层磁屏蔽桶(5)侧面都开有通光孔，可供激光通过。
所述磁屏蔽桶(5)采用高导磁率的材料1J85坡莫合金制作，每层桶厚度为4mm，层间距为7mm；屏蔽桶形状为方形，层间有垫片，通过层间配合实现各层通光孔的准确对齐。
所述线圈骨架(3)与V型槽(7)相切，实现轴线定位，且通过键(8)连接，实现绕轴线转动的定位；支架(9)通过螺钉固定在V型槽(7)上，支架(9)上部有螺纹孔，用螺钉(10)压紧线圈骨架(3)进行固定。
所述烤箱(1)由烤箱外壳(101)与烤箱盖(102)组成，烤箱外壳(101)和烤箱盖(102)通过螺钉固定，并夹紧内部的加热陶瓷(2)；烤箱(1)外壳四周开有通光孔，其中入射光方向为阶梯孔(104)，进行高斯光束整形，出射光方向为贯通的圆孔，减小对出射光强的影响；烤箱(1)内部上下两块加热陶瓷(2)相对安装，原子气室(11)夹紧在两块陶瓷中央；加热陶瓷(2)上侧面和背面均有凹槽，侧面的用于上下相对安装时构成通光孔，背面的用于粘贴无磁电加热膜。
所述加热陶瓷(2)采用材料聚醚醚酮PEEK、氮化硼陶瓷，其导热率均在30W/(m·K)左右，根据气室对温度分布的不同要求与无磁电加热膜方案的不同，设计不同形状的加热陶瓷。
除加热陶瓷(2)与原子气室(11)外，所述烤箱(1)、线圈骨架(3)、V型槽(7)以及线圈固定支架(9)的材料均为聚醚醚酮PEEK。
所述安装基座(6)采用钣金件焊接方式加工，保证表面的平行度和平面度，为磁屏蔽桶(5)及其内部的V型槽、线圈骨架、烤箱及原子气室等结构件提供良好的安装基准。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的光路位于屏蔽桶外部，采用笼式系统搭建，便于安装调节，并且易于进行光束质量、光线偏振态等参数的测量。
(2)本发明对磁屏蔽桶、线圈和烤箱等部件进行优化设计，既能保证良好的磁屏蔽性能、磁场控制精度和温度控制性能，又便于更换部件进行不同的单项实验。
(3)本发明组件布局合理，安装对准方便，实验操作简单，可对不同技术进行验证，有效地解决了核磁共振陀螺仪小型化样机研制过程复杂、研制周期长的问题，为样机的研制提供了便利。
附图说明
图1为本发明的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构总体剖面图；
图2为本发明的磁屏蔽桶最外层桶轴测图；
图3为本发明线圈骨架及其定位与固定组件，其中(a)为轴测视图，(b)为爆炸视图；
图4为本发明烤箱与加热结构的爆炸视图；
图5为整体光路结构的轴测图。
具体实施方式
本发明的具体实施结构如图1所示，一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，包括烤箱1、加热陶瓷2、线圈骨架3、线圈定位及固定组件4、磁屏蔽桶5、安装基座6、V型槽7、键8、固定支架9、固定螺钉10、原子气室11等部件。加热陶瓷2放在烤箱1中，用于把原子气室11固定在烤箱中心，且原子气室11上面贴有无磁电加热膜，用于对原子气室11进行温控。线圈定位及固定组件4包括V型槽7、键8、固定支架9和固定螺钉10，对线圈骨架3进行定位和固定。磁屏蔽桶5为四层方形结构，每层之间通过相互的配合定位，最外层磁屏蔽桶通过四周的圆孔，利用螺钉和螺母与安装基座6固定。磁屏蔽桶内部的结构件烤箱1、线圈骨架3、V型槽7以及线圈固定支架9，其材料均为聚醚醚酮。安装基座6采用钣金件焊接方式加工，表面具有高的平行度和平面度，为磁屏蔽桶5及其内部各结构件提供良好的安装基准。
图2为本发明的最外层磁屏蔽桶轴测图。磁屏蔽桶5采用高导磁率的材料1J85坡莫合金制作，每层桶厚度为4mm，层间距为7mm，且上面开有不同用途的通孔，其中四周的8个通孔501用于通过螺钉，利用螺钉和螺母将屏蔽桶下层与安装基座6固定；四角的4个通孔502用于屏蔽桶上层与安装基座6的定位和固定；侧面开有4个通光孔503，可以使激光通入到原子气室；提高方形磁屏蔽桶加工的表面平行度、垂直度和平面度，可以使接触面高精度配合，从而使各层通光孔实现准确对齐；桶顶开有4个通孔504，供内部引线引出及消磁线通过。
图3为本发明线圈骨架及其定位与固定组件，其中(a)为轴测视图，(b)为爆炸视图。线圈骨架3通过与V型槽7相切实现轴线定位，V型槽上开有键槽702，可通过键8连接实现绕轴线转动的定位，并用顶块701进行轴向压紧。支架9通过螺钉固定在V型槽上，支架顶部有螺纹孔，可以用螺钉10压紧线圈骨架以进行固定。烤箱1放置在线圈骨架3内部，烤箱与线圈骨架利用螺钉通过通孔301固定。
图4为本发明烤箱与加热结构的爆炸视图。其中，烤箱1由烤箱外壳101与烤箱盖102组成，烤箱外壳101和烤箱盖102通过螺钉固定，并夹紧内部的加热陶瓷2。烤箱外壳上开有通光孔，其中入射光方向为阶梯孔104，进行高斯光束整形，出射光方向为贯通的圆孔103，减小对出射光强的影响。烤箱内部上下两块加热陶瓷2相对安装，原子气室11夹紧在两加热陶瓷中央。开槽201在上下相对安装时构成通光孔；背面的凹槽202用于粘贴无磁电加热膜，根据无磁电加热膜的不同设计大小及形状不同的开槽，用于保证无磁电加热膜粘贴使与中心对准，提高温控精度。加热陶瓷采用高导热率材料聚醚醚酮PEEK、氮化硼陶瓷，其导热率均在30W/(m·K)左右，且根据气室对温度分布的不同要求与无磁电加热膜方案的不同，设计不同形状的加热陶瓷。
图5为整体光路结构的轴测图。光路位于磁屏蔽桶外部，采用笼式系统搭建，便于调节对准。光路包括抽运光路和检测光路，由光纤准直组件12、光强稳定组件13、偏振调节组件14和差分检测组件15等部分构成，能够方便地进行光强及光束质量、偏振状态的检测。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：包括烤箱(1)、加热陶瓷(2)、线圈骨架(3)、线圈定位及固定组件(4)、磁屏蔽桶(5)和安装基座(6)；其中磁屏蔽桶(5)采用四层方形，各层之间通过相互的配合定位，最外层磁屏蔽桶通过四周的圆孔，利用螺钉和螺母与安装基座(6)固定；线圈骨架(3)利用V型槽(7)与键(8)进行定位，并用支架(9)和螺钉(10)进行固定；烤箱(1)位于实验平台结构的最中部，利用螺钉固定在线圈骨架(3)中，四面开有通光孔；加热陶瓷(2)放置在烤箱(1)中，用于把原子气室(11)固定在烤箱中心，且原子气室(11)的上面贴有无磁电加热膜，用于对原子气室(11)进行温控；外部光路采用笼式系统搭建，便于调节和对准，四层磁屏蔽桶(5)侧面都开有通光孔，可供激光通过。
2.根据权利要求1所述的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：磁屏蔽桶(5)采用材料1J85坡莫合金制作，每层桶厚度为4mm，层间距为7mm；屏蔽桶形状为方形，层间有垫片，通过层间配合实现各层通光孔的准确对齐。
3.根据权利要求1所述的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：所述线圈骨架(3)与V型槽(7)相切，实现轴线定位，且通过键(8)连接，实现绕轴线转动的定位；支架(9)通过螺钉固定在V型槽(7)上，支架(9)上部有螺纹孔，用螺钉(10)压紧线圈骨架(3)进行固定。
4.根据权利要求1所述的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：所述烤箱(1)由烤箱外壳(101)与烤箱盖(102)组成，烤箱外壳(101)和烤箱盖(102)通过螺钉固定，并夹紧内部的加热陶瓷(2)；烤箱(1)外壳四周开有通光孔，其中入射光方向为阶梯孔(104)，进行高斯光束整形，出射光方向为贯通的圆孔，减小对出射光强的影响；烤箱(1)内部上下两块加热陶瓷(2)相对安装，原子气室(11)夹紧在两块陶瓷中央；加热陶瓷(2)上侧面和背面均有凹槽，侧面的用于上下相对安装时构成通光孔，背面的用于粘贴无磁电加热膜。
5.根据权利要求1所述的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：所述加热陶瓷(2)采用材料聚醚醚酮、氮化硼陶瓷，根据气室对温度分布的不同要求与无磁电加热膜方案的不同，设计不同形状的加热陶瓷。
6.根据权利要求1所述的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：所述烤箱(1)、线圈骨架(3)、V型槽(7)以及线圈固定支架(9)的材料均为聚醚醚酮。
7.根据权利要求1所述的一种核磁共振陀螺仪实验平台结构，其特征在于：所述安装基座(6)采用钣金件焊接方式加工，保证表面的平行度和平面度，为磁屏蔽桶(5)及其内部的结构件V型槽(7)、线圈骨架(3)、烤箱(1)及原子气室(11)提供良好的安装基准。
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