气室无磁加热结构研究进展与展望

碱金属气室是原子陀螺、原子磁强计和原子钟等原子测量仪器的核心部件.原子密度主要受加热温度的影响,高均匀性、高稳定性的气室加热结构是保证碱金属原子密度稳定的关键技术,对提升原子测量仪器输出信号的灵敏度至关重要.回顾了目前常用的碱金属气室加热方法,针对加热层、传热层、保温层等组件,梳理和总结了碱金属气室加热结构的发展方向和发展历程,并在此基础上展望了未来碱金属气室加热结构的发展趋势.     

连续冷原子束干涉陀螺仪研究进展

原子干涉陀螺仪是一种实现高精度角速率测量的新型惯性器件,被认为是下一代导航技术中的核心器件。报道了在连续冷原子束干涉陀螺仪研究上的最新进展。提出了基于连续冷原子束的干涉陀螺仪方案,该方案在保证系统灵敏度和紧凑型的前提下有助于解决冷原子干涉陀螺仪低带宽和数据率的问题。利用激光冷却的~(87) Rb冷原子束作为原子光源,利用多普勒敏感的双光子受激拉曼跃迁进行原子波包的相干操控,演示了π/2-π-π/2拉曼脉冲序列的空间型原子干涉。数据估算原子干涉陀螺的短期灵敏度为7.8×10~(-5)(rad/s)/Hz~(1/2)(1s积分时间),其中干涉条纹的信噪比为15.1,系统带宽为190Hz,系统理论带宽可以达到790Hz。     

SERF陀螺气室温度对碱金属谱线漂移的影响

SERF陀螺具有高精度、小体积和双轴输出等特点，是新型陀螺技术中重要的发展方向之一。SERF陀螺中，碱金属气室的吸收峰谱线变化对SERF陀螺性能具有重要影响。重点研究了SERF陀螺原子气室温度对87Rb吸收谱D1线和D2线谱线移动的影响，随着温度变化，D1线和D2线有着相反的移动方向，频率移动系数分别为30.4MHz/K和-45.4MHz/K。碱金属吸收谱线移动会引起泵浦激光极化原子效率降低，进而导致SERF陀螺零偏稳定性变差。     

三脉冲冷原子陀螺仪中基于内态演化的拉曼光光强补偿算法

由于在复杂环境中拉曼光功率不稳定会导致原子脉冲的宽度发生改变,从而影响陀螺仪的测量精度。通过对冷原子干涉仪的干涉全过程进行建模,计算得出了陀螺仪在拉曼光改变情形下输出相位的解析表达式,即建立了拉曼光在非近共振条件下强度变化时陀螺仪的输出值与外界载体运动之间的关系。与此同时,基于该解析表达式提出了一种对拉曼光光强的补偿算法,能有效提升原子陀螺仪在复杂环境下的系统稳定性。通过光强调制实验验证了该算法的有效性,补偿后系统输出长期稳定性提升了33%。     

原子干涉陀螺仪精密测量及应用

由于原子干涉陀螺仪具有灵敏度高和长期稳定性好等特点,在惯性导航、精密测量、测地学等领域有着重要的应用前景,因此,研制高精度原子干涉陀螺仪具有重要的科学意义和应用价值,已成为当今研究的热点课题之一。首先综述了国内外原子干涉陀螺仪的研究进展和发展趋势。然后分析了广义相对论检验和惯性导航应用对原子干涉陀螺仪的需求,介绍了10余年来在原子干涉仪、萨格纳克效应和原子干涉陀螺仪方面取得的研究成果。最后讨论了原子干涉陀螺仪的优缺点,并展望了原子干涉陀螺仪的发展机遇及其在精密测量和惯性导航领域面临的挑战。     

原子谱线参数的辨识方法

在一种原子谱线参数测量的辨识方法基础上编了一套原子谱线参数辨识的标准软件。用此软件对纯氩和氩，氮混合非平衡电弧等离子体射流的原子谱线进行了处理，获得了射流的电子温度，气体平衡温度，电子和原子数密度。状态诊断表明：实验条件下的等离子体射流降中心点为ＬＴＥ外非平衡效应是非常显著的。     

拉曼光频移对原子干涉测量中原子数的影响

冷原子干涉测量技术在重力加速度测量等领域已经超越传统测量方法,成为量子精密测量的重要发展方向。在干涉测量过程中,由于原子受到重力场影响,速度不断变化,因此激光相对原子具有多普勒频移效应。本文通过对原子跃迁概率及速度选择的理论分析,计算了在拉曼激光脉冲持续时间内,由于多普勒频移造成的原子跃迁概率改变。进而,具体计算了π/2-π-π/2干涉方案中,频移造成的有效原子数损失,及其对干涉条纹对比度产生的影响。     

SERF原子磁力仪关键技术及应用

无自旋交换弛豫磁力仪利用碱金属原子自旋交换弛豫消除效应实现弱磁场信息测量,具有超高灵敏度、小体积和低功耗等优点,已成为国内外精密磁场测量技术的研究热点之一.介绍了无自旋交换弛豫原子磁力仪的工作原理和国内外研究现状,重点讨论了长弛豫时间原子气室、原子气室无磁加热和高精密动态磁补偿等关键技术,并对无自旋交换弛豫原子磁力仪的发展趋势和应用前景进行了展望.     

碱金属原子气室研究进展

碱金属原子气室是原子陀螺、原子磁力仪和原子钟等量子仪表的核心部件,高性能微小型原子气室是制约上述量子仪表性能的重要因素之一。从理论基础、制造工艺和材料等方面回顾了原子气室的研究进展,对微型气室玻壳精密加工技术、原子气室精确充制技术、耐高温抗弛豫镀膜技术、原子气室后烘处理工艺等相应关键技术进行了分析和讨论,并针对量子仪表微小型、高精度、集成化的发展需求,分析了碱金属原子气室的发展趋势。     

原子干涉陀螺仪关键技术及进展

原子作为一种微观粒子,具有波粒二象性.利用粒子的波动性,可以产生类似于光波的Sagnac效应,由此实现基于原子波干涉的原子干涉陀螺仪.其中原子干涉有内态干涉和物质波干涉两种.在围成相同面积的情况下,原子干涉陀螺仪的灵敏度将比光学陀螺仪高出10个量级以上,适宜于水下和空间等长时间惯性导航的应用.本文详细地论述了原子干涉陀...     

基于综合指标的最优冗余陀螺配置确定方法

陀螺是航天器控制系统中的关键姿态敏感器,其主要采取冗余措施进行配置。针对航天器控制系统设计中如何进行陀螺冗余配置的问题,提出了一种确定最优冗余陀螺配置的方法,该方法综合考虑了系统的可靠性、精度、成本代价等综合指标。首先,以工程中普遍采用的陀螺斜置式为对象,系统性给出了陀螺斜置式的安装结构,并以测量误差最小为目标确定出确定安装数目下的最优陀螺冗余安装结构。其次,结合实际工程经验对陀螺冗余配置的综合性能指标进行详细系统的分析。然后,利用优化评价方法以综合指标为基础对不同安装数目下的陀螺冗余安装结构进行综合评价,确定出陀螺冗余配置的最优安装数目,即最优冗余陀螺配置。最后,利用该方法对实际工程中的斜置式陀螺冗余配置进行分析和计算。结果表明,当陀螺的安装数目为7时为最优冗余配置,该结论对实际工程具有理论指导作用。     

量子惯性仪表用磁屏蔽材料进展

量子惯性仪表是利用光场和磁场等手段操控原子、电子等微观粒子实现载体运动信息测量的新型惯性设备,量子惯性仪表对外界磁场的大小、稳定性和均匀性等提出了很高的要求,需要高性能的磁屏蔽技术与之相匹配。回顾了目前常用的磁屏蔽方式,针对最常用的被动型磁屏蔽所涉及的材料铁镍合金、非晶合金和软磁铁氧体等进行了梳理和总结,阐述了上述三种材料的优缺点以及适用范围,并展望了量子惯性仪表用磁屏蔽材料的发展趋势。     

核磁共振陀螺中内嵌碱金属磁力仪研究

核磁共振陀螺利用核自旋的闭环磁共振实现角速度的测量,其磁共振信号一般由内嵌碱金属磁力仪测出。为了提高磁力仪性能,对描述磁力仪的Bloch方程,采用微扰迭代法和级数展开法,求出了各磁矩分量的近似解,然后讨论了线性测量范围随纵向与横向弛豫时间的变化规律以及频率响应特性。利用数值仿真,对上述近似解析解进行了验证。结果表明,磁力仪的线性测量范围随纵向、横向弛豫时间的增大而减小,其频率响应为一阶低通,截止频率仅与横向弛豫时间有关。上述研究对核磁共振陀螺的优化有一定的参考意义。     

微半球陀螺测控电路国内外现状与关键技术

微半球陀螺相比于传统的机械陀螺具有更小的尺寸，因此其对温度、湿度、磁场等外界环境的变化更为敏感。为了保证陀螺具有较好的工作表现，需要使外部驱动信号的频率严格锁定于工作模态的中心频率上，且陀螺输出信号幅值恒定。与此同时，由于微半球陀螺信号为微弱信号，故而需要采用微弱信号采集技术及反馈技术对其进行处理，并且通过解调控制算法得到输出信号。阐述了微半球陀螺基本测控电路的国内外发展现状，并从Sigma-delta、模态匹配、正交补偿、温度补偿等角度分析了微半球陀螺测控电路的关键技术。     

基于数值微分计算的SERF原子自旋惯性测量动态仿真

基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度输入对碱金属电子极化率和惰性气体核子极化率的影响。针对实验条件下原子系综Bloch微分方程组难以解析求解的问题,基于可变阶次数值微分计算,建立了相应的Simulink模型对实验条件下的原子系综进行数值求解,并分析了极化率对光场、磁场、角速度输入的瞬态响应与稳态响应。仿真结果与理论计算结果相吻合,验证了Bloch方程数值求解的可行性与准确性。该方法可得到惯性测量系统的动态响应,可用于模拟复杂输入下的SERF原子自旋惯性测量系统的输出响应。     

核磁共振陀螺技术发展展望

核磁共振陀螺基于原子操控技术的前沿研究进展,具有高精度、小体积、纯固态、加速度不敏感等综合优势,是未来高精度、微小型陀螺技术的主要发展方向之一。介绍了核磁共振陀螺近年来国内外取得的研究进展,从工作原理出发指出了核磁共振陀螺实现涉及的核自旋极化、核自旋进动检测、核自旋磁共振、磁屏蔽等关键技术,重点分析了核磁共振陀螺向高精度、小型化方向发展需要重点研究的关键技术及其可能的解决思路,最后对核磁共振陀螺技术的未来发展进行了展望。     

光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。     

一种基于TDLAS的高分辨率二维温度场重建算法及数值仿真

发展了一种基于TDLAS正交光路的二维燃烧场温度重建算法,为了评价该重建方法,数值仿真了2N （N≥3）条视线（Light-of-sight,LOS）测量路径呈N×N均匀排布时对两种不同的温度场的二维重建结果,并定义了最大偏差和平均偏差两个物理量来描述N值对重建结果的影响。结果表明,对于对称的单峰非均匀温度场,重建的温度场最大偏差在50K（2．5％）以内,最大偏差随N的奇偶而波动,其总体趋势随N增大而减小;平均偏差随着N的增大而减小,N≥9时最大偏差和平均偏差的改善均已不明显;对于双峰温度场,用该方法二维重建的结果最大偏差超过350K（15．2％）,平均偏差大于0．03,并出现严重失真,此时可通过额外布置斜穿待测场的测量路径来改善测量结果。研究结果对实际的二维测量系统的搭建和应用有指导意义。