CN111060089B - 基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，它包括加热原子气室，打开检测光源以及驱动光；打开光电探测器电源，调整差分检偏器；在沿驱动光场方向的线圈上施加一个偏置磁场B，同时产生一个频率为γ×B的正弦调制磁场，γ为原子气室内所充入碱金属原子的旋磁比；在原子气室核自旋投影方向施加一个交变磁场，用以模拟核自旋进动磁矩，对输出信号进行锁相解调，改变锁相相位使输出信号最大，确定锁相相位后撤掉模拟交变磁场，则在此相位锁相解调后为最终信号输出。其效果在于：本发明解调出来的信号为核磁共振陀螺核自旋进动信号，这样就隔离了光路漂移所造成的误差信号，同时提高了信号强度、抑制了共模噪声。

Description

基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法
技术领域
本发明属于一种核磁共振陀螺操控方法，具体涉及一种可以降低由于装配工艺以及关键器件热稳定性差所导致的检测光路漂移对核自旋进动检测造成的影响，并且抑制共模噪声的高灵敏核自旋进动检测方法。
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，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。由于核磁共振陀螺是通过检测原子气室内部核自旋所产生的磁场来检测核自旋进动频率，并最终反算得到角速率输入。因此对核磁共振陀螺核自旋检测灵敏度提出了严格的要求。但目前由于核磁共振陀螺装配工艺、关键元器件的热稳定性等条件导致陀螺在正常工作状态下检测光路漂移导致核磁共振陀螺核自旋检测灵敏度较低，制约了核磁共振陀螺对其内部气室中核自旋的进动检测精度，直接影响了核磁共振陀螺内部原子自旋系综操控的精度，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。需要一种核磁共振陀螺核自旋高灵敏度检测方法，隔离由于光路漂移所造成的影响，保证原子自旋系综的操控精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，它可以提高核磁共振陀螺内部原子自旋系综操控精度。
本发明的技术方案如下：基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，它包括如下步骤，
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光；
第二步，打开光电探测器电源，调整差分检偏器；
第三步，在沿驱动光场方向的线圈上施加一个偏置磁场B，同时产生一个频率为γ×B的正弦调制磁场，γ为原子气室内所充入碱金属原子的旋磁比；
第四步，在原子气室核自旋投影方向施加一个交变磁场，用以模拟核自旋进动磁矩，对输出信号进行锁相解调，改变锁相相位使输出信号最大，确定锁相相位后撤掉模拟交变磁场，则在此相位锁相解调后为最终信号输出。
所述的第一步中原子气室：内部充有用于敏感角速率的介质，是核磁共振陀螺的核心敏感元件。
所述的第一步中驱动光源：用于产生驱动光。
所述的第一步中检测光源：用于产生检测光。
所述的第二步中的差分检偏器：用于对已经起偏的检测光进行差分检测。
所述的第二步中的光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光。
所述的第二步中使差分检偏器的输出信号在0附近。
本发明的有益效果在于：本发明解调出来的信号为核磁共振陀螺核自旋进动信号，这样就隔离了光路漂移所造成的误差信号，同时提高了信号强度、抑制了共模噪声，增强了核磁共振陀螺内部原子自旋系综的操控精度，为提高核磁共振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为电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法所使用的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，它利用核磁共振陀螺内部气室中电子的顺磁共振效应，通过将携带核自旋进动信息的信号调制到电子顺磁共振点，降低由于装配工艺以及关键器件热稳定性差所导致的检测光路漂移所带来的低频干扰，并且提高信号强度。利用差分的检测方式提高核磁共振陀螺抑制共模噪声的能力。提高原子自旋系综操控精度，保证核磁共振陀螺性能。
本发明利用核磁共振陀螺内部原子气室中的电子顺磁共振效应，通过调制的方法将携带核自旋进动信息的信号调制到电子顺磁共振点用于区分核自旋信号与由于装配工艺、关键器件热稳定性差所导致的检测光路低频漂移干扰，通过差分的检测方式抑制共模噪声。在信号处理系统中进行对信号进行解调，达到分离核自旋信号与由于光路漂移产生的误差信号的目的，提高核磁共振陀螺的核自旋检测灵敏度与稳定性，保证了核磁共振陀螺内部原子自旋系综的操控精度，最终达到提高核磁共振陀螺精度的目的。
所述检测方法说是需要的装置如图1所示：
首先对装置进行下简要描述：
驱动光源：用于产生驱动光；
检测光源：用于产生检测光；
起偏器：用于对检测光进行起偏，使其成为线偏振纯度较高的光束；
原子气室：内部充有用于敏感角速率的介质，是核磁共振陀螺的核心敏感元件；
三维线圈：用于产生三维磁场；
差分检偏器：用于对已经起偏的检测光进行差分检测；
光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光；
信号处理系统：用于对被调制的信号进行解调；
下面详述下操作步骤：
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光；
第二步，打开光电探测器电源，调整差分检偏器，使输出信号在0附近；
第三步，在沿驱动光场方向的线圈上施加一个偏置磁场B，同时产生一个频率为γ×B的正弦调制磁场，γ为原子气室内所充入碱金属原子的旋磁比；
第四步，在原子气室核自旋投影方向施加一个交变磁场，用以模拟核自旋进动磁矩，对输出信号进行锁相解调，改变锁相相位使输出信号最大，确定锁相相位后撤掉模拟交变磁场，则在此相位锁相解调后为最终信号输出。
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光；
第二步，打开光电探测器电源，调整差分检偏器，使输出信号在0附近；
第三步，在沿驱动光场方向的线圈上施加一个偏置磁场B，同时产生一个频率为γ×B的正弦调制磁场，γ为原子气室内所充入碱金属原子的旋磁比；
第四步，在原子气室核自旋投影方向施加一个交变磁场，用以模拟核自旋进动磁矩。对输出信号进行锁相解调，改变锁相相位使输出信号最大，确定锁相相位后撤掉模拟交变磁场，则在此相位锁相解调后为最终信号输出。
一种基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法。主要针对目前核磁共振陀螺低频磁场检测灵敏度受制于表头整体装配工艺、关键器件热稳定性以及光路正交性等因素所导致的检测光路漂移。利用核磁共振陀螺内部气室中电子的顺磁共振效应，通过将携带核自旋进动信息的信号调制到电子顺磁共振点，不仅可以降低由于装配工艺以及关键器件热稳定性差所导致的检测光路漂移所带来的低频干扰，并且可以提高信号强度。利用差分的检测方式提高核磁共振陀螺抑制共模噪声的能力。
一种基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，包括利用核磁共振陀螺内部原子气室中电子的顺磁共振效应，通过将携带核自旋进动信息的信号调制到电子顺磁共振点，不仅可以降低由于装配工艺以及关键器件热稳定性差所导致的检测光路漂移所带来的低频干扰，并且可以提高信号强度。利用差分的检测方式提高核磁共振陀螺抑制共模噪声的能力。
根据以上操作，解调出来的信号为核磁共振陀螺核自旋进动信号，这样就隔离了光路漂移所造成的误差信号，同时提高了信号强度、抑制了共模噪声，增强了核磁共振陀螺内部原子自旋系综的操控精度，为提高核磁共振陀螺精度以及各项性能指标提供了有力帮助。

Claims (6)

1.基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，其特征在于：它包括如下步骤，
第一步，加热原子气室，打开检测光源以及驱动光源；
第二步，打开光电探测器电源，调整差分检偏器，使输出信号在0附近；
第三步，在沿驱动光场方向的线圈上施加一个偏置磁场B，同时产生一个频率为γ×B的正弦调制磁场，γ为原子气室内所充入碱金属原子的旋磁比；
第四步，在原子气室核自旋投影方向施加一个交变磁场，用以模拟核自旋进动磁矩，对输出信号进行锁相解调，改变锁相相位使输出信号最大，确定锁相相位后撤掉模拟交变磁场，则在此相位锁相解调后为最终信号输出。
2.如权利要求1所述的基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，其特征在于：所述的第一步中原子气室：内部充有用于敏感角速率的介质，是核磁共振陀螺的核心敏感元件。
3.如权利要求1所述的基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，其特征在于：所述的第一步中驱动光源：用于产生驱动光。
4.如权利要求1所述的基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，其特征在于：所述的第一步中检测光源：用于产生检测光。
5.如权利要求1所述的基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，其特征在于：所述的第二步中的差分检偏器：用于对已经起偏的检测光进行差分检测。
6.如权利要求1所述的基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法，其特征在于：所述的第二步中的光电探测器：用于探测透过检偏器的检测光。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112113583B (zh) * 2020-09-29 2023-03-24 北京航天控制仪器研究所 一种核磁共振陀螺闭环输出实时补偿系统及方法
CN112485214B (zh) * 2020-12-14 2022-12-30 核工业理化工程研究院 提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置及方法
CN114199276B (zh) * 2021-11-11 2023-09-12 北京自动化控制设备研究所 原子自旋系综状态下的磁共振相位检测方法及系统
CN114623815B (zh) * 2021-11-11 2024-06-11 北京自动化控制设备研究所 原子自旋系综的磁共振相位补偿方法及系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3068399A (en) * 1954-09-07 1962-12-11 Varian Associates Gyromagnetic resonance method and apparatus
US3495161A (en) * 1967-01-19 1970-02-10 Varian Associates Optically driven atomic resonator systems employing means for modulating the sense of rotational polarization of the pumping light
DE3123188A1 (de) * 1980-06-23 1982-04-22 Litton Systems, Inc., 90210 Beverly Hills, Calif. "kernmagnetisches resonanz-gyroskop"
US7282910B1 (en) * 2006-04-19 2007-10-16 Northrop Grumman Corporation Nuclear magnetic resonance gyroscope
JP2008524632A (ja) * 2004-12-20 2008-07-10 ノースロップ・グラマン・コーポレーション Ｎｍｒジャイロスコープ
CN103528580A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 中国科学院电工研究所 一种基于核磁共振的飞行器转动角度测量方法
CN103557855A (zh) * 2013-11-13 2014-02-05 北京航空航天大学 一种色心金刚石陀螺
CN104833690A (zh) * 2015-06-04 2015-08-12 中国人民解放军国防科学技术大学 一种原子核磁共振陀螺碱金属原子极化率实时测量方法
CN105509726A (zh) * 2015-12-30 2016-04-20 北京航天控制仪器研究所 一种用于核磁共振陀螺仪的分时磁补偿方法
CN106093808A (zh) * 2016-06-27 2016-11-09 北京航空航天大学 一种基于电光调制的原子自旋进动检测方法及装置
CN107515000A (zh) * 2017-08-21 2017-12-26 北京航空航天大学 一种调制式双轴原子自旋陀螺仪
CN108020221A (zh) * 2016-11-04 2018-05-11 北京自动化控制设备研究所 一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统及检测方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7728587B2 (en) * 2007-07-31 2010-06-01 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Self-calibrating nuclear magnetic resonance gyro

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3068399A (en) * 1954-09-07 1962-12-11 Varian Associates Gyromagnetic resonance method and apparatus
US3495161A (en) * 1967-01-19 1970-02-10 Varian Associates Optically driven atomic resonator systems employing means for modulating the sense of rotational polarization of the pumping light
DE3123188A1 (de) * 1980-06-23 1982-04-22 Litton Systems, Inc., 90210 Beverly Hills, Calif. "kernmagnetisches resonanz-gyroskop"
JP2008524632A (ja) * 2004-12-20 2008-07-10 ノースロップ・グラマン・コーポレーション Ｎｍｒジャイロスコープ
US7282910B1 (en) * 2006-04-19 2007-10-16 Northrop Grumman Corporation Nuclear magnetic resonance gyroscope
CN103528580A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 中国科学院电工研究所 一种基于核磁共振的飞行器转动角度测量方法
CN103557855A (zh) * 2013-11-13 2014-02-05 北京航空航天大学 一种色心金刚石陀螺
CN104833690A (zh) * 2015-06-04 2015-08-12 中国人民解放军国防科学技术大学 一种原子核磁共振陀螺碱金属原子极化率实时测量方法
CN105509726A (zh) * 2015-12-30 2016-04-20 北京航天控制仪器研究所 一种用于核磁共振陀螺仪的分时磁补偿方法
CN106093808A (zh) * 2016-06-27 2016-11-09 北京航空航天大学 一种基于电光调制的原子自旋进动检测方法及装置
CN108020221A (zh) * 2016-11-04 2018-05-11 北京自动化控制设备研究所 一种核磁共振陀螺光磁调制检测系统及检测方法
CN107515000A (zh) * 2017-08-21 2017-12-26 北京航空航天大学 一种调制式双轴原子自旋陀螺仪

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
国外核磁共振陀螺技术专利研究;周鹏等;《战术导弹技术》;20150715(第04期);全文 *
核磁共振陀螺技术发展展望;万双爱等;《导航定位与授时》;20170131(第01期);全文 *

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