CN205718992U - 一种微型核磁共振陀螺仪气室 - Google Patents
一种微型核磁共振陀螺仪气室 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种微型核磁共振陀螺仪气室，所述的核磁共振陀螺仪气室中的微型气室由下封装玻璃、气室基板、上封装玻璃、工作介质组成；微型反射器由四块外形和尺寸均相同的微型反射镜组成。本实用新型的一种微型核磁共振陀螺气室，通过微细加工方法可以实现毫米级或者亚毫米级尺度的微型气室；采用微型反射器能够引导探测光线，实现核磁共振陀螺仪中泵浦光源与光电探测器在气室同侧布置，以利于整个仪器的小型化。本实用新型的微型核磁共振陀螺仪气室具有体积微小、结构紧凑，不存在内壁镀膜困难和膜层材料选择受限的问题，气室制备方法与工艺简单的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于核磁共振陀螺仪小型化技术领域，具体涉及一种微型核磁共振陀螺仪气室，能够用做核磁共振陀螺仪的原子气室。
背景技术
核磁共振陀螺仪是利用原子核的自旋磁矩在磁场中的进动实现对惯性物体角速度进行测量的一种固态陀螺仪，小型化核磁共振陀螺仪是新型陀螺仪的一个重要研究方向。核磁共振气室是核磁共振陀螺仪的核心器件之一，其体积是制约核磁共振陀螺仪小型化的关键因素之一。因此，微小尺度的核磁共振气室的制备是核磁共振陀螺仪技术研究的一个重要领域。
为便于核磁共振陀螺仪总体结构的小型化，美国加州大学的研究团队提出通过核磁共振气室结构设计使得泵浦光源与光探测器布置在气室同侧的设计思路。该团队基于该思路设计了一种金字塔形核磁共振气室，并通过MEMS工艺成功制备出了气室体积仅为1mm3、封装尺寸为3.8mm×3.8mm×1.8mm（约为26mm3）的微型NMR气室。但该气室仍存在气室反射面角度不可调、制备工艺复杂、镀膜难度高且膜层材料选择受限等问题。
发明内容
为了克服现有技术中微型核磁共振陀螺仪气室存在制备工艺复杂、镀膜困难且膜层材料选择受限的不足，本实用新型提供一种微型核磁共振陀螺仪气室。本实用新型是基于泵浦光源与光探测器在气室同侧的核磁共振陀螺仪结构布局思路。
本实用新型解决上述技术问题的方案是：
本实用新型的一种微型核磁共振陀螺仪气室，其特点是，所述的核磁共振陀螺仪气室包括微型气室和微型反射器。所述的微型核磁共振陀螺仪气室含有下封装玻璃、气室基板、上封装玻璃、工作介质。所述的气室基板的中心加工有微孔。所述的下封装玻璃的上表面与气室基板的下表面固定，气室基板的上表面与上封装玻璃的下表面固定。所述的气室基板的微孔、下封装玻璃的上表面、上封装玻璃的下表面构成一个密封腔体。所述的工作介质通过密封腔体封装于气室基板的微孔中。所述的微型反射器包括四块结构相同的楔形反射镜，楔形反射镜上均加工有反射镜面，四个反射镜面构成一个空间反射面组。所述的微型反射器通过上封装玻璃与微型气室固定，且微型反射器与微型气室的中心轴线重合。
所述的气室基板中心的微孔为圆形或者方形中的一种。
所述的反射镜面上镀有用于反射探测光线的高反射率膜层。
所述的密封腔体的上、下表面镀有抗弛豫膜层。
所述的气室基板中心的微孔的孔壁上镀有抗弛豫膜层。
本实用新型的原理是，利用微加工技术在气室基板上加工出圆形或方形的微孔，通过阳极键合方法将下封装玻璃与气室基板的底面固定在一起，向气室基板中的微孔中注入工作介质，通过阳极键合方法将上封装玻璃与气室基板的顶面固定在一起以完成工作介质的密封，并最终制备成含有核磁共振陀螺仪工作介质的微型气室；通过粘接，将四块结构和尺寸均相同的楔形反射镜的组合在一起以加工出微型反射器；再通过粘接方式，将微型反射器与上封装玻璃固定在一起，完成整个微型核磁共振陀螺仪气室的制备。
本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型的一种微型核磁共振陀螺仪气室，结构紧凑，能够实现毫米级或者亚毫米级尺度的微型气室的制备；
（2）在微型反射器中四个楔形反射镜的反射镜面构成了一个空间反射镜组，能够将光源发出的穿过微型气室的探测光线引导至探测光源一侧，从而实现核磁共振陀螺仪中光源与探测器同侧布局方法，进而有利于整个核磁共振陀螺仪的结构小型化。
（3）楔形反射镜中，反射镜面的角度可变，可以根据实际光路布局需要进行设计，有利于光源与探测器位置的选择和布置。
（4）在气室加工制备过程中，由于反射镜面是楔形反射镜的外表面，不存在内壁镀膜困难和膜层材料选择受限的问题，加工工艺简单。
附图说明
图1为本实用新型的微型核磁共振陀螺仪气室的三维剖切图；
图2为本实用新型的微型核磁共振陀螺仪气室的剖视图；
图3为本实用新型中的微型气室的三维剖切图；
图4为本实用新型中的微型反射器的三维剖切图；
图5为本实用新型中的楔形反射镜的结构示意图；
图6为本实用新型中的楔形反射镜的截面图；
图7为本实用新型在核磁共振陀螺仪中的工作原理图。
图中，1. 下封装玻璃 2.气室基板 3.上封装玻璃 4.工作介质 5.楔形反射镜 6.反射镜镜面 7.光源 8.光电探测器 A.泵浦光 B.探测光。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细描述。
实施例1
图1为本实用新型的微型核磁共振陀螺仪气室的三维剖切图，图2为本实用新型的微型核磁共振陀螺仪气室的剖视图，图3为本实用新型中的微型气室的三维剖切图，图4为本实用新型中的微型反射器的三维剖切图，图5为本实用新型中的楔形反射镜的结构示意图，图6为本实用新型中的楔形反射镜的截面图，图7为本实用新型在核磁共振陀螺仪中的工作原理图。
在图1~图7中，本实用新型的一种微型核磁共振气室包括微型气室和微型反射器。所述的微型核磁共振陀螺仪气室含有下封装玻璃1、气室基板2、上封装玻璃3、工作介质4。所述的气室基板2的中心加工有微孔。所述的下封装玻璃1的上表面与气室基板2的下表面固定，气室基板2的上表面与上封装玻璃3的下表面固定。所述的气室基板2的微孔、下封装玻璃1的上表面、上封装玻璃3的下表面构成一个密封腔体。所述的工作介质4通过密封腔体封装于气室基板2的微孔中。所述的微型反射器包括四块结构相同的楔形反射镜5，楔形反射镜5上均加工有反射镜面6，四个反射镜面6构成一个空间反射面组。所述的微型反射器通过上封装玻璃3与微型气室粘接固定，且微型反射器与微型气室的中心轴线重合。
所述的反射镜面6上镀有用于反射探测光线的高反射率膜层。
所述的密封腔体的上、下表面镀有抗弛豫膜层。
所述的气室基板2中心的微孔的孔壁上镀有抗弛豫膜层。
本实施例中，气室基板2中心的微孔为圆形；共设置有四个楔形反射镜，楔形反射镜5为其中一个；共有四个反射镜面，反射镜面6为其中一个。
本实用新型的制备过程如下：
（1）通过微加工技术在气室基板2中心加工出微孔；
（2）通过阳极键合方法将下封装玻璃1固定在气室基板2的底面；
（3）向气室基板2的微孔中注入工作介质4；
（4）通过阳极键合方法将上封装玻璃3固定在气室基板2的顶面，从而将工作介质密封在气室基板2的微孔中；
（5）通过光学加工方法加工出楔形反射镜5；
（6）在楔形反射镜5的反射镜面6上镀上高反射率的薄膜；
（7）通过粘接，将四块相同的楔形反射镜5的组合在一起以加工出微型反射器2；
（8）通过粘接，将微型反射器2和微型气室1中的上封装玻璃键合在一起，从而完成整个微型核磁共振气室的制备。
本实用新型在核磁共振陀螺仪中的工作过程如图7所示，微型气室1中密封的工作介质4在光源3发出的泵浦光A、外加静磁场和振荡磁场（未示出）的作用下产生核磁共振效应；光源3发出的探测光B穿过气室后经微型反射器2上的楔形反射镜5两次反射后入射到与光源3同侧的光电探测器4上，从而实现对气室工作介质核磁共振信号的拾取。
本实用新型中，楔形反射镜5的反射镜面6与底面的夹角β根据泵浦光A和探测光B的夹角α以及光电探测器4的位置确定，入射到光电探测器4中的探测光线B、泵浦光线A的夹角γ与α、β的关系为γ=4β-α-π。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，气室基板2中心的微孔为方形。
Claims (5)
1.一种微型核磁共振陀螺仪气室，其特征在于，所述的核磁共振陀螺仪气室包括微型气室和微型反射器；所述的微型核磁共振陀螺仪气室含有下封装玻璃（1）、气室基板（2）、上封装玻璃（3）、工作介质（4）；所述的气室基板（2）的中心加工有微孔；所述的下封装玻璃（1）的上表面与气室基板（2）的下表面固定，气室基板（2）的上表面与上封装玻璃（3）的下表面固定；所述的气室基板（2）的微孔、下封装玻璃（1）的上表面、上封装玻璃（3）的下表面构成一个密封腔体；所述的工作介质（4）通过密封腔体封装于气室基板（2）的微孔中；所述的微型反射器包括四块结构相同的楔形反射镜（5），楔形反射镜（5）上均加工有反射镜面（6），四个反射镜面（6）构成一个空间反射面组；所述的微型反射器通过上封装玻璃（3）与微型气室粘接固定，且微型反射器与微型气室的中心轴线重合。
2.根据权利要求1所述的微型核磁共振陀螺仪气室，其特征在于，所述的气室基板（2）中心的微孔为圆形或者方形中的一种。
3.根据权利要求1所述的微型核磁共振陀螺仪气室，其特征在于，所述的反射镜面（6）上镀有用于反射探测光线的高反射率膜层。
4.根据权利要求1所述的微型核磁共振陀螺仪气室，其特征在于，所述的密封腔体的上、下表面镀有抗弛豫膜层。
5.根据权利要求1所述的微型核磁共振陀螺仪气室，其特征在于，所述的气室基板（2）中心的微孔的孔壁上镀有抗弛豫膜层。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105973217A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-28 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种微型核磁共振陀螺仪气室 |
| CN108731661A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-11-02 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种用于微型核磁共振陀螺仪的气室加热集成单元结构 |
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| CN105973217A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-28 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种微型核磁共振陀螺仪气室 |
| CN108731661A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-11-02 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种用于微型核磁共振陀螺仪的气室加热集成单元结构 |
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