CN108020221B - 一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核磁共振陀螺检测方法，具体公开一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统及检测方法，系统包括中心依次位于检测激光的光路上的起偏器、磁共振气室、法拉第线圈、检偏器和光电探测器，法拉第线圈的轴线方向与检测激光的光路方向重合，光电探测器的输出端连接信号处理系统，信号处理系统驱动上述法拉第线圈。首先调整信号发生器输出信号的频率与法拉第线圈设计频率相等，加热磁共振气室，当输出信号频率与法拉第线圈的接收的驱动信号的频率相同时，确认激光信号已经被调制，调整锁相放大器，使其锁定在法拉第线圈调制频率上，之后滤波处理。本方法提高了检测激光的载波能力及后级解调后信号的完整性，达到抑制陀螺检测信号的低频噪声的目的。

Description

一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于核磁共振陀螺检测方法，具体涉及一种能够隔离陀螺仪内部低频噪声干扰的一种检测系统及方法。

背景技术

核磁共振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，被视为下一代导航级精度陀螺的发展方向。核磁共振陀螺是通过检测原子源振荡频率，并扣除原子源自身所带有的振荡频率来得到载体转动角速率的目的的。因此高精度核磁共振陀螺仪对其检测系统提出了更高的要求。

目前核磁共振陀螺仪中所采用的技术方案还是传统的由检测激光光强信息解算陀螺输出的方式来进行检测，但这种检测方式受激光器光强、光路稳定性以及探测器低频噪声影响较大，无法对这些低频干扰信号进行有效隔离，降低了陀螺检测系统的精度和稳定性，对陀螺零偏稳定性有较大影响，制约了陀螺精度的进一步提高；并且使得核磁共振陀螺高精度、对加速度不敏感等理论上所具有的优势在实际应用中没有办法得到充分体现。对陀螺的应用环境提出了较苛刻的要求，制约了核磁共振陀螺的应用范围。需要一种检测技术，使其对激光光强的慢漂、检测光路蠕动以及探测器的噪声等低频干扰不敏感，彻底隔离掉此类扰动因素。保证陀螺仪检测系统的灵敏度以及精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统及检测方法。其能够提高核磁共振陀螺仪检测精度，隔离陀螺仪内部低频噪声干扰。

本发明的技术方案如下：

一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统，包括中心依次位于检测激光的光路上的起偏器、磁共振气室、检偏器和光电探测器，所述的磁共振气室和检偏器之间设有法拉第线圈，所述的法拉第线圈的轴线方向与检测激光的光路方向重合，所述的光电探测器的输出端连接信号处理系统，信号处理系统驱动上述法拉第线圈。

在上述核磁共振陀螺光磁调制检测系统中：所述的信号处理系统包括锁相放大器、功率放大器和信号发生器，锁相放大器连接光电探测器的输出端，信号发生器给功率放大器输送信号，功率放大器提供参考信号传递至锁相放大器，同时提供同样频率的驱动信号给法拉第线圈。

一种核磁共振陀螺光磁调制检测方法，利用上述的核磁共振陀螺光磁调制检测系统，之后完成如下步骤：

1)打开信号发生器，调整信号发生器输出信号的频率与法拉第线圈设计频率相等，调整信号发生器输出信号幅度为0～5；

2)磁共振气室加热至100～120℃，打开检测激光，使陀螺处于正常工作状态，观察光电探测器的输出信号，当其频率与法拉第线圈的接收的驱动信号的频率相同时，确认激光信号已经被调制；

3)调整锁相放大器，使其锁定在法拉第线圈调制频率上，对调制频率进行解调；

4)将锁相放大器的输出信号进行滤波处理，得到解调后的陀螺输出信号。

本发明的显著效果如下：

本发明利用检测激光在通过由磁场作用的磁光晶体时，偏振态会发生改变这一种现象，对核磁共振陀螺仪检测激光进行高频调制，并对调制之后的信号进行提取，尽可能保证了陀螺的测量信息在被调制之后的完整性。通过调整调制参数，提高了检测激光的载波能力，以及后级解调后信号的完整性，最终达到抑制陀螺检测信号的低频噪声的目的。

设计法拉第线圈能够调制被检测信号，使其远离噪声较高的低频段，噪声减小，提高了信号检测的灵敏度，满足检测系统的精度要求；

核磁共振陀螺光磁检测领域，中以前采用的分光检测办法，两个检测信号做差，得出陀螺输出信号即陀螺敏感转动角速率。在低频段噪声较高，因此检测零度较差。采用法拉第线圈，利用法拉第晶体在磁场中会改变激光的线偏振态，从而达到载波的调整目的，使检测信号远离低频段，提高检测灵敏度。

附图说明

图1为核磁共振陀螺光磁调制检测系统示意图；

图中：1.起偏器；2.磁共振气室；3.法拉第线圈；4.检偏器；5.光电探测器；6.锁相放大器；7.功率放大器；8.信号发生器。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示的核磁共振陀螺光磁调制检测系统，包括起偏器1、磁共振气室2、法拉第线圈3，检偏器4和光电探测器5，还包括信号处理系统。起偏器1、磁共振气室2、法拉第线圈3，检偏器4和光电探测器5的中心依次位于检测激光的光路上，法拉第线圈3的轴线方向与检测激光的光路方向重合，光电探测器5的输出端连接信号处理系统的输入端，同时法拉第线圈3接收上述信号处理系统输出的驱动信号。

本实施例中，信号处理系统包括锁相放大器6、功率放大器7和信号发生器8，锁相放大器6连接光电探测器5的输出端。信号发生器8给功率放大器7输送信号，功率放大器提供参考信号传递至锁相放大器6，同时提供同样频率的驱动信号给法拉第线圈3。即法拉第线圈3的驱动信号来源于功率放大器7，功率放大器7同时提供同频率的参考信号给锁相放大器6。

利用上述检测系统进行核磁共振陀螺光磁调制检测的具体步骤如下：

1)搭建上述的核磁共振陀螺光磁调制检测系统；

2)打开信号发生器，调整信号发生器输出信号的频率与法拉第线圈设计频率相等，调整信号发生器输出信号幅度为0～5；

3)磁共振气室加热至100～120℃，打开检测激光，使陀螺处于正常工作状态，观察光电探测器的输出信号，当其频率与法拉第线圈的接收的驱动信号的频率相同时，确认激光信号已经被调制；

4)调整锁相放大器，使其锁定在法拉第线圈调制频率上，对调制频率进行解调；

5)将锁相放大器的输出信号进行滤波处理，得到解调后的陀螺输出信号。

只要检测激光被成功的进行了调制，锁相放大器对调制信号进行了解调，就可以保证检测系统处于正常工作状态。这样就可以对激光光强的慢漂、检测光路蠕动以及探测器的噪声等低频干扰不敏感，彻底隔离掉此类扰动因素。保证陀螺仪检测系统的灵敏度以及精度。增强了核磁共振陀螺仪的环境适应能力，拓宽其应用范围。

Claims (1)

1.一种核磁共振陀螺光磁调制检测方法，其特征在于，利用核磁共振陀螺光磁调制检测系统，所述的核磁共振陀螺光磁调制检测系统，包括中心依次位于检测激光的光路上的起偏器(1)、磁共振气室(2)、检偏器(4)和光电探测器(5)，所述的磁共振气室(2)和检偏器(4)之间设有法拉第线圈(3)，所述的法拉第线圈(3)的轴线方向与检测激光的光路方向重合，所述的光电探测器(5)的输出端连接信号处理系统，信号处理系统驱动上述法拉第线圈(3)；所述的信号处理系统包括锁相放大器(6)、功率放大器(7)和信号发生器(8)，锁相放大器(6)连接光电探测器(5)的输出端，信号发生器(8)给功率放大器(7)输送信号，功率放大器提供参考信号传递至锁相放大器(6)，同时提供同样频率的驱动信号给法拉第线圈(3)；

之后完成如下步骤：

1)打开信号发生器，调整信号发生器输出信号的频率与法拉第线圈设计频率相等，调整信号发生器输出信号幅度为0～5；

2)磁共振气室加热至100～120℃，打开检测激光，使陀螺处于正常工作状态，观察光电探测器的输出信号，当其频率与法拉第线圈的接收的驱动信号的频率相同时，确认激光信号已经被调制；

3)调整锁相放大器，使其锁定在法拉第线圈调制频率上，对调制频率进行解调；

4)将锁相放大器的输出信号进行滤波处理，得到解调后的陀螺输出信号。

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