基于三维原子磁强计的核磁共振陀螺仪实验优化

核磁共振陀螺仪内嵌三维原子磁强计是实现核磁共振陀螺仪小型化的一种有效途径,故介绍了一种基于三维原子磁强计的核磁共振陀螺仪.对影响三维原子磁强计性能的重要参数进行了优化,得到了较优的x轴、yy轴和z轴磁强计信号标度因子,进而实现了更灵敏的三维原子磁强计.在三维磁场闭环锁定6000 s后,测得核磁共振陀螺仪的角度随机游走和...     

泵浦激光频率波动对核磁共振陀螺仪 零偏稳定性的影响研究

本文研究了泵浦激光频率波动对核磁共振陀螺仪零偏稳定性的影响.通过分析核磁共振陀螺仪理论模型和自旋光泵浦极化129Xe的过程,阐述泵浦激光频率波动对陀螺仪零偏稳定性的影响机理.结果表明,泵浦光频率波动会导致核磁共振陀螺仪零偏稳定性下降约3个数量级.泵浦光频率波动是制约核磁共振陀螺仪性能提升的重要因素.     

核磁共振陀螺原子核自旋进动的建模与仿真

针对87Rb-129Xe核磁共振陀螺中原子核的自旋进动,基于核磁共振Bloch方程,给出了Xe原子核自旋进动模型,详细分析了横向激励磁场的相位和幅值对Xe原子宏观磁矩进动的影响,以及实现稳态进动的条件。建立了Xe原子宏观磁矩进动的仿真模型,对激励磁场反馈控制、陀螺角位移信号相位解调进行了仿真。分析和仿真结果表明,当载体系旋转时,陀螺角位移线性调制Xe原子宏观磁矩水平分量的进动相位,为了维持磁共振,横向激励磁场相位应与宏观磁矩y向分量的进动相位保持一致;模型能够准确地实现对陀螺载体坐标系旋转位移的观测。     

微型核磁共振陀螺仪的关键技术及发展趋势

微型核磁共振陀螺仪能够兼顾高精度、小体积和低功耗等特点,已成为原子陀螺仪的重要研究方向之一。本文在阐述核磁共振陀螺仪工作原理的基础上详细分析了闭环方案、开环方案和低温超导方案几种技术途径的特点,讨论了微型原子气室、微型磁场线圈、无磁加热等关键技术对核磁共振陀螺仪性能的影响,展望了核磁共振陀螺仪的应用前景和发展趋势。     

基于磁共振线宽的Xe核自旋横向弛豫时间测量方法

随着核磁共振陀螺技术的发展,高精度核磁共振陀螺对原子气室性能提出了更高要求.原子气室内Xe核自旋的横向弛豫时间(T2)是衡量原子气室性能的重要参数之一,T2的常用测量方法为自由感应衰减法(Free Induction Decay,FID).当T2较短时,由于自旋进动信号易受外界干扰,FID方法难以对T2进行精确测量.根据磁共振线宽理论以及自旋进动信号检测技术,针对T2较短的原子气室,提出了基于磁共振线宽的Xe核自旋横向弛豫时间测量方法,构建了测试装置,对Xe核自旋进行了测试.测试结果表明,该测量方法能够有效获得Xe核自旋的横向弛豫时间,克服了FID方法对T2较短的原子气室难以测量的局限性,为检验核磁共振陀螺中原子气室的性能提供了有效测试手段.     

磁场对冷镱原子光钟稳定度影响的仿真分析

在光晶格钟运行时，不停起伏的杂散磁场会引入一阶塞曼频移和二阶塞曼频移，从而影响光晶格钟的频率不稳定度。此外，突变的磁场可能导致激光频率参考到钟跃迁频率的伺服闭环过程发生不可恢复的失锁，从而阻碍光钟的持续运行。在实验中，光钟进行频率闭环锁定前，通常通过控制三维线圈对光钟主腔中心原子处的杂散磁场进行补偿。首先使用三维磁强计，对真空主腔附近的磁场进行监测和记录，以分析杂散磁场对光钟性能的影响。然后利用正态分布模型和二项分布模型等，对光钟频率伺服锁定过程的阿伦偏差进行仿真拟合。在引入实际磁场监测数据的基础上，模拟光钟频率的伺服锁定过程，分析其仿真结果可以得出：减小杂散磁场起伏和控制磁场漂移，在提高冷镱原子光钟的短期稳定性和长期稳定性方面具有重要意义。     

泵浦光功率对核磁共振陀螺仪零偏的影响分析

核磁共振陀螺仪中,泵浦光频率和功率参量会对陀螺性能产生重要影响。研究了泵浦光功率对核磁共振陀螺仪零位的影响,阐明了不同谱线加宽条件下泵浦光功率稳定性与核磁共振陀螺仪零偏稳定性的关系。结果表明,泵浦光功率改变0.7‰,陀螺零位变化0.41(°)/s,且缓冲气体压强增大可以减小泵浦光功率对零位的影响。     

SERF陀螺仪研究进展及关键技术

SERF(Spin Exchange Relaxation Free)陀螺仪利用电子自旋在惯性空间的定轴性敏感载体转动信息,具有超高精度、小体积的特点,已成为国内外惯性技术领域的研究热点之一.本文介绍了SERF陀螺仅的基本原理,回顾了SERF陀螺仪的国内外发展历程,指出SERF陀螺仪发展需要解决原子气室抗弛豫、核自旋磁场补偿闭环和高精度的信号检测三个关键技术,并展望了SERF陀螺仪在未来潜在的应用前景.     

基于高频激励的高精度交流电桥测温系统研究

为实现对原子气室温度的高精度测量,同时避免测温电路产生的直流磁场或低频磁场对原子自旋系综运动状态的影响,设计了一种基于高频激励的交流电桥温度测量方法。首先,建立了测温电路的数学模型,并对模型中各元件参数之间的内在联系进行了分析。其次,对测温电路进行了灵敏度分析。然后,针对力学环境微小扰动对测温电路中导线分布参数的影响,优化设计了测温电路中相关元件的参数。最后,实验数据表明,优化后的交流测温系统测温稳定性提升了1个数量级。     

可搬运高精度原子干涉陀螺仪

冷原子干涉陀螺仪具有灵敏度高和长期稳定性好等特点,将在长航时高精度惯性导航等领域具有重要的应用前景。介绍了一种可搬运的高精度冷原子陀螺仪,初步实现了物理系统与光学系统的集成,体积分别为0.24m³和0.04m³,整机测试的角随机游走系数为5.3×10^-4(°)/h^1/2,零偏稳定性达到了2.0×10^-4(°)/h@23000s。通过对装置整体优化后,实现了从武汉到北京长达1250km的搬运,在长距离运输后陀螺仪具有良好的稳定性。在北京比测结果中,角随机游走系数为3.1×10^-4(°)/h^1/2,零偏稳定性为3.6×10^-4(°)/h@2000s。     

核磁共振陀螺用高均匀磁场线圈设计方法

核磁共振陀螺代表了新一代高精度、微小型陀螺的发展方向之一,随着陀螺体积的降低,磁屏蔽层与磁场线圈随之减小,且二者贴合更加紧密,高导磁性的磁屏蔽层及低导磁性的空气介质交错分布,改变了线圈的磁通路径,导致线圈的磁场均匀性下降,制约了陀螺精度的提高。针对这一问题,提出了磁场等效增益系数,模拟磁屏蔽边界对线圈磁场的影响,据此建立了磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈模型,优化了线圈参数。对所设计线圈的磁场均匀性进行了测试,表明该设计方法可以得到磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈,可为发展微小型、高精度的核磁共振陀螺高均匀磁场线圈设计方法提供参考。     

核磁共振陀螺信号仿真及噪声分析

核磁共振陀螺具有体积小、精度高、功耗低等优势,有望成为下一代惯性导航系统的核心部件,目前正受到人们的广泛关注。比较全面的介绍了核磁共振陀螺的基本理论,在此基础上利用时间离散化方法推导并建立了能够充分考虑核磁共振陀螺系统动态特性的仿真模型。利用该模型研究分析了锁相环相位、磁场、温度以及探测光强在1×10-5均方根幅度下均匀白噪声对陀螺信号的影响,发现它们对角随机游走、零偏不稳定性影响依次减小,且都具有自身独特的频率响应特性。其中,锁相环相位噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为5.1985×102(°)/h1/2、3.4593×103(°)/h,而探测光强噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为3.1623×10-1(°)/h1/2、4.7603×10-1(°)/h。该研究对深入分析核磁共振陀螺动力学机理、寻找主要噪声来源、提高陀螺性能具有重要意义。     

核磁共振陀螺仪中共振磁场强度优化研究

核磁共振陀螺中,共振磁场的幅值直接影响原子核自旋磁矩进动信号的强度,进而影响陀螺信号的信噪比.基于核磁共振陀螺Bloch方程,从理论和实验两方面研究了共振磁场幅值对宏观原子核自旋磁矩的影响.结果表明,随着共振磁场幅值的增加,宏观核自旋磁矩进动信号的强度先增大后减小,进动信号的强度与共振磁场的幅值呈色散关系.共振磁场幅度...     

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。     

光磁共振测量地磁场的改进方法

根据光磁共振原理,通过光抽运,形成原子的能级分布偏极化,再加入射频信号打破塞曼能级偏极化分布,形成并输出光磁共振信号。然后,同时改变扫场和水平磁场方向,调节水平电流大小,再次获得光磁共振信号。根据2次测得的水平亥姆霍兹线圈电流,计算等效磁感强度。由仪器的垂直电流,计算地磁场垂直分量。二者合成,即可得出当地磁感强度。改进后,此方法克服了以往先测定朗德因子再测定地磁场的缺点。     

The Role of Magnetic Fields in the Interstellar Medium of the Milky Way

Synchrotron radiation is generated throughout the Milky Way. It fills the sky, and carries with it the imprint of the magnetic field at the point of origin and along the propagation path. Observations of the diffuse polarized radio emission should be able to provide information on Galactic magnetic fields with detail matching the angular resolution of the telescope. I review what has been learned from existing data, but the full potential cannot be realized from current observations because they do not adequately sample the frequency structure of the polarized emission, or they lack information on large-scale structure. I discuss three surveys, each overcoming one of these limitations, and show how use of complementary data on other ISM tracers can help elucidate the role of magnetic fields in interstellar processes. The focus of this review is on the small-scale field, on sizes comparable with the various forms of interaction of stars with their surroundings. The future is bright for this field of research as new telescopes are being built, designed for the survey mode of observation, equipped for wideband, multichannel polarization observations.     

Crustal Magnetic Fields of Terrestrial Planets

Magnetic field measurements are very valuable, as they provide constraints on the interior of the telluric planets and Moon. The Earth possesses a planetary scale magnetic field, generated in the conductive and convective outer core. This global magnetic field is superimposed on the magnetic field generated by the rocks of the crust, of induced (i.e. aligned on the current main field) or remanent (i.e. aligned on the past magnetic field). The crustal magnetic field on the Earth is very small scale, reflecting the processes (internal or external) that shaped the Earth. At spacecraft altitude, it reaches an amplitude of about 20 nT. Mars, on the contrary, lacks today a magnetic field of core origin. Instead, there is only a remanent magnetic field, which is one to two orders of magnitude larger than the terrestrial one at spacecraft altitude. The heterogeneous distribution of the Martian magnetic anomalies reflects the processes that built the Martian crust, dominated by igneous and cratering processes. These latter processes seem to be the driving ones in building the lunar magnetic field. As Mars, the Moon has no core-generated magnetic field. Crustal magnetic features are very weak, reaching only 30 nT at 30-km altitude. Their distribution is heterogeneous too, but the most intense anomalies are located at the antipodes of the largest impact basins. The picture is completed with Mercury, which seems to possess an Earth-like, global magnetic field, which however is weaker than expected. Magnetic exploration of Mercury is underway, and will possibly allow the Hermean crustal field to be characterized. This paper presents recent advances in our understanding and interpretation of the crustal magnetic field of the telluric planets and Moon.