CN111964657A - 一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构 - Google Patents

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刘院省
李新坤
霍丽君
王风娇
范晓婷
蔡玉珍
黄伟
贺宇
王学锋
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Abstract

一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，包括：外层玻璃结构、内层玻璃结构、碱金属气室、无磁加热片和加热体。加热体、内层玻璃结构和外层玻璃结构由内至外依次套装；加热体内放置有碱金属气室，加热体外包裹无磁加热装置；内层玻璃结构和外层玻璃结构之间不接触，且抽真空处理；加热体和内层玻璃结构之间通过卡槽结构固定连接；加热体和内层玻璃结构之间除卡槽结构区域接触外，其余区域不接触。本发明采用一种双层玻璃真空结构，将原子气室和加热体部分密封于双层玻璃结构的内部，通过玻璃结构同时实现光学窗口及真空隔热效果。加热体部分与外界的热交换降低后，可有效提升原子气室内部的温度稳定性。

Description

一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构
技术领域
本发明涉及一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，属于原子气室保温结构技术领域。
背景技术
原子气室作为核磁共振陀螺仪、SERF陀螺仪的敏感单元，其温度稳定性对陀螺的零偏稳定性指标有重要影响。目前，采用高灵敏温度传感器，设计高精度温度闭环控制电路，实时监控并调节原子气室温度，实现了对原子气室温度的稳定控制。但是，由于原子气室与其周围环境存在持续的热交换，导致目前气室的温度稳定性一直处在0.1℃的水平，难以实现进一步的突破。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，采用一种双层玻璃真空结构，将原子气室和加热体部分密封于双层玻璃结构的内部，通过玻璃结构同时实现光学窗口及真空隔热效果。加热体部分与外界的热交换降低，有效提升原子气室内部的温度稳定性。
本发明的技术方案是：
一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，包括：外层玻璃结构、内层玻璃结构、碱金属气室、无磁加热片和加热体；
加热体、内层玻璃结构和外层玻璃结构由内至外依次套装；
加热体内放置有碱金属气室，加热体外包裹无磁加热装置；
内层玻璃结构和外层玻璃结构之间不接触，且抽真空处理；
加热体和内层玻璃结构之间通过卡槽结构固定连接；
加热体和内层玻璃结构之间除卡槽结构区域接触外，其余区域不接触；
无磁加热装置的引线依次穿过内层玻璃结构和外层玻璃结构上的引出孔连接外部电源；所述引出孔点胶密封处理，使外层玻璃结构、内层玻璃结构形成密闭结构。
加热体的外壁上设置有多个支腿，内层玻璃结构的内壁设置有多个凹槽，所述支腿和凹槽配合作为卡槽结构。
内层玻璃结构和外层玻璃结构之间通过玻璃管熔接成一体结构。
玻璃管内径的取值范围为1～1.5mm，玻璃管壁厚0.5mm。
外层玻璃结构和内层玻璃结构之间间隙取值范围为1～2mm。
外层玻璃结构和内层玻璃结构的材料为石英玻璃或高硼硅玻璃。
加热体为金属块。
加热体的材料为铝合金。
加热体还开有通光孔，加热体的通光孔与碱金属气室的通光面位置配合。
原子器室为立方体结构。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明加热体为良好的导热材料，置于双层玻璃壳内部；
2)本发明将原子气室置于加热体内部，加热体上对应原子气室光窗的位置设置通光孔；
3)双层玻璃壳的一端设置出线孔，用于加热体上加热引线和测温引线由内层玻壳的引出；
4)双层玻璃壳的两端设置玻璃细管分别与内层玻壳和外层玻壳内部连通，通过玻璃细管分别对双层玻璃壳的内外层进行真空排气，然后利用火焰喷灯将玻璃细管熔封后保持双层玻璃壳内部的真空。
附图说明
图1为本发明中双层真空玻璃结构的原子气室温控模块的结构示意图；
图2为本发明双层真空玻璃结构的原子气室温控模块的制备流程图。
具体实施方式
本发明设计了一种双层真空玻璃结构的原子气室温控模块，并对加热体进行对称消磁和温度场均匀化改进，同时隔离气室与外部环境的热量交换，实现了原子气室的均匀加热和温度稳定性的大幅提升，有望降低气室温度波动对陀螺性能的影响。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。如图1所示，本发明一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，包括：外层玻璃结构、内层玻璃结构、碱金属气室、无磁加热片和加热体；
加热体、内层玻璃结构和外层玻璃结构由内至外依次套装；
加热体内放置有碱金属气室，加热体外包裹无磁加热装置；采用对称消磁的电加热方式，加热碱金属气室至130°，保持温度稳定。
内层玻璃结构和外层玻璃结构之间不接触，且抽真空处理；
加热体和内层玻璃结构之间通过卡槽结构固定连接；
加热体和内层玻璃结构之间除卡槽结构区域接触外，其余区域不接触；
无磁加热装置的引线依次穿过内层玻璃结构和外层玻璃结构上的引出孔连接外部电源；所述引出孔点胶密封处理，使外层玻璃结构、内层玻璃结构形成密闭结构。
加热体的外壁上设置有多个支腿，内层玻璃结构的内壁设置有多个凹槽，所述支腿和凹槽配合作为卡槽结构。本发明实施例中，加热体上设置有八个支腿，内层玻璃结构的内壁配合设置有八个凹槽作为卡槽结构。减小加热体和内层玻璃结构的接触面积，增大热阻。如图1所示，本发明实施例中加热体上下面均设置4个支腿、前后面均设置2个支腿，共12个支腿。
内层玻璃结构和外层玻璃结构之间通过玻璃管熔接成一体结构。玻璃管内径的取值范围为1～1.5mm，玻璃管壁厚0.5mm，外层玻璃结构和内层玻璃结构之间间隙取值范围为1～2mm(单边间隙)。外层玻璃结构和内层玻璃结构的材料为石英玻璃或高硼硅玻璃。
加热体为金属块，加热体的材料为铝合金，铝合金牌号具体为6061。
加热体还开有通光孔，加热体的通光孔与碱金属气室的通光面位置配合。
原子器室为立方体结构，本发明实施例中，原子器室具体尺寸为4mm×4mm×4mm。
此外，加热体外壁还设置有测温传感器，测温传感器的引线孔与无磁加热装置的引线孔互相独立。避免无磁加热装置引线热辐射影响测温传感器的测量精度。本发明双层真空保温结构放置在原子陀螺仪内使用。
双层真空玻璃结构的原子气室温控模块的制备流程图如图2所示，工艺流程如下：
1)、玻璃片进行磨抛、打孔和清洗；
2)、将玻璃片分别熔接成内层玻壳和外层玻壳；
3)、将内层玻壳、外层玻壳、原子气室和加热体装配、熔接成双层玻璃壳结构；
4)、将双层玻璃壳上加热引线和测温引线的引出孔点胶密封；
5)、将双层玻璃壳两端的玻璃细管连接到真空系统，抽出内层玻壳和外层玻壳内部的空气；
6)、利用火焰喷灯将双层玻璃壳两端的玻璃细管熔封，保持双层玻璃壳内部的真空，完成双层真空玻璃结构的原子气室温控模块的制备。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，包括：外层玻璃结构、内层玻璃结构、碱金属气室、无磁加热片和加热体；
加热体、内层玻璃结构和外层玻璃结构由内至外依次套装；
加热体内放置有碱金属气室，加热体外包裹无磁加热装置；
内层玻璃结构和外层玻璃结构之间不接触，且抽真空处理；
加热体和内层玻璃结构之间通过卡槽结构固定连接；
加热体和内层玻璃结构之间除卡槽结构区域接触外，其余区域不接触；
无磁加热装置的引线依次穿过内层玻璃结构和外层玻璃结构上的引出孔连接外部电源；所述引出孔点胶密封处理，使外层玻璃结构、内层玻璃结构形成密闭结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，加热体的外壁上设置有多个支腿，内层玻璃结构的内壁设置有多个凹槽，所述支腿和凹槽配合作为卡槽结构。
3.根据权利要求2所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，内层玻璃结构和外层玻璃结构之间通过玻璃管熔接成一体结构。
4.根据权利要求3所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，玻璃管内径的取值范围为1～1.5mm，玻璃管壁厚0.5mm。
5.根据权利要求3所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，外层玻璃结构和内层玻璃结构之间间隙取值范围为1～2mm。
6.根据权利要求4所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，外层玻璃结构和内层玻璃结构的材料为石英玻璃或高硼硅玻璃。
7.根据权利要求2～6任意之一所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，加热体为金属块。
8.根据权利要求7所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，加热体的材料为铝合金。
9.根据权利要求8所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，加热体还开有通光孔，加热体的通光孔与碱金属气室的通光面位置配合。
10.根据权利要求7所述的一种用于原子陀螺仪的双层真空保温结构，其特征在于，原子器室为立方体结构。
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