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.     

不同温度下丁羟包覆层的横向弛豫时间与拉伸性能的相关性

为了研究不同温度下丁羟包覆层的横向弛豫时间与拉伸性能的相关性,开展了核磁共振和拉伸应力-应变性能测定试验。单因素方差分析表明温度对横向弛豫时间有显著影响;试验温度从30℃升到90℃,横向弛豫时间呈线性增大;90℃升到130℃,横向弛豫时间先减小后增大。30～90℃,升温使包覆层的拉伸强度下降,断裂伸长率升高;在100℃较90℃强度得到了提高,断裂伸长率稍有降低;在100～130℃时,受复杂化学反应和分子热运动共同影响,断裂伸长率迅速增加,强度降低。断裂伸长率、拉伸强度均与横向弛豫时间存在较好的相关性,利用该关系可以预测丁羟包覆层在不同横向弛豫时间下的拉伸性能。     

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。     

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。     

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...     

核磁共振陀螺技术研究进展

核磁共振陀螺是基于量子操控技术的前沿研究新进展。具有高精度、微小型、对加速度不敏感、纯固态等特点,是未来发展高精度、微小型陀螺的主要技术发展方向之一。围绕核磁共振陀螺技术的最新研究进展,重点介绍了核磁共振陀螺的基本工作原理及其硬件构成,分析了核磁共振陀螺在上个世纪的主要技术发展路线与面临的技术发展瓶颈,综述了核磁共振陀螺近年来取得的研究进展及实现的技术突破,最后对核磁共振陀螺技术的未来发展进行了展望。     

一种Mx构型氦光泵磁力仪的磁共振理论分析与实验验证

从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共振线宽进行了估算,讨论了影响磁力仪工作灵敏度的磁力仪设计参数,这对Mx构型氦光泵磁力仪的研制有重要的指导意义。     

液浮陀螺精度影响分析

本文从纵向(全寿命)和横向(全系统)两方面对影响液浮陀螺精度的因素进行了分析,对各因素之间的关系进行了探讨。以期能为提高液浮陀螺性能的研究提供参考。     

静电陀螺漂移的补偿和监控方法

简要介绍静电陀螺惯性导航系统的基本原理及其常平架结构。由于静电陀螺具有良好的漂移特性,上述系统位置误差随时间增长速度极低。着重讨论静电陀螺漂移模型及其在系统中补偿和监控方法。利用系统内部冗余轴漂移的实时测量将卡尔曼滤波器应用于上述系统,有效地改善了惯性导航系统的精度;此外还同时估计出绕冗余轴方向陀螺漂移的未知常值偏差,取得满意的仿真结果。     

核磁共振陀螺仪中三维磁场的初步锁定

核磁共振陀螺仪内部空间的三维磁场锁定作为关键技术之一,对于核磁共振陀螺仪的角度随机游走及零偏稳定性具有较大的优化作用。实验装置选用充有CS、^(129)Xe、^(131)Xe以及N_2的方形原子气室,选择895nm圆偏振光作为泵浦光,852nm线偏振光作为探测光,通过对纵向磁场进行调制,实现了三维原子磁力计。通过提升气室温度对纵向磁场的锁定效果进行优化后,在3个方向的磁场起伏范围均稳定至7nT(5000 s)以下,锁定后磁场的千秒稳定性比锁定前提升至少1个量级。     

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。     

可芯片化的激光抽运Mz型原子磁强计参数研究

激光抽运Mz型原子磁强计具有体积小、功耗低和灵敏度高的优点。介绍了激光抽运Mz型原子磁强计的工作原理，研究了该类型原子磁强计中激光功率和射频场强度对磁共振信号的影响，并对当前实现的原子磁强计样机中射频线圈的磁场强度均匀性对磁共振信号的影响进行了仿真分析。最后，给出了当前实现的原子磁强计样机的性能参数，并讨论了实现芯片级原子磁强计的可行性。     

基于有限元法的驻波型直线超声波电机振动特性分析

采用有限元法研究一种驻波型直线超声波电机的振动特性。建立了电机的三维有限元模型,在有限元模型的基础上对电机进行模态分析,得到了电机横向一阶弯曲振动的共振频率,并分析了驱动足的位置对共振频率的影响。在模态分析的基础上,给电机通以高频交流电进行谐响应分析,研究电机在外加电源作用下的横向弯曲振动的振幅以及驱动足尖的运动轨迹。制作了驻波型直线超声波电机样机,对样机进行阻抗-频率特性测试,测试结果验证了理论分析结果。     

相位检测误差对核磁共振陀螺输出频率的影响

针对核磁共振陀螺中采用相位检测方案时可能引起额外频率误差的问题,提出了通过控制电子顺磁共振失谐量及静磁场扰动来抑制额外频率误差的方案。基于Bloch方程,推导了惰性气体原子系综输出频率的表达式,并将相位检测的过程包含在内。建立了考虑相位检测误差的核磁共振陀螺频率误差方程,给出了相位检测引入的额外频率误差表达式并进行了数值仿真。仿真结果表明,通过设定合适的共振失谐量,其额外频率误差至少可以抑制1个数量级,而通过精确地抑制静磁场的一阶及二阶扰动,可以进一步抑制1～3个数量级,将额外频率误差降低到nHz量级。     

RPC-MAG The Fluxgate Magnetometer in the ROSETTA Plasma Consortium

The fluxgate magnetometer experiment onboard the ROSETTA spacecraft aims to measure the magnetic field in the interaction region of the solar wind plasma with comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. It consists of a system of two ultra light (about 28 g each ) triaxial fluxgate magnetometer sensors, mounted on the 1.5 m long spacecraft boom. The measurement range of each sensor is ±16384 nT with quantization steps of 31 pT. The magnetometer sensors are operated with a time resolution of up to 0.05 s, corresponding to a bandwidth of 0–10 Hz. This performance of the RPC-MAG sensors allows detailed analyses of magnetic field variations in the cometary environment. RPC-MAG furthermore is designed to study possible remnant magnetic fields of the nucleus, measurements which will be done in close cooperation with the ROSETTA lander magnetometer experiment ROMAP.     

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。     

三轴矢量原子磁力仪综述

原子磁力仪可分为标量磁力仪和矢量磁力仪两大类。标量磁力仪的测量结果与传感器的姿态无关,对平台的机动不敏感。矢量磁力仪能够获得更多的磁场信息,可以实现更精确的磁源定位。目前,共有7种三轴矢量原子磁力仪,测量方法分别为磁场扫描法、磁场旋转调制法、磁场轮流抵消法、磁场投影法、磁场交叉调制法、磁场分立调制法和自旋进动调制法。重点对上述7种三轴矢量原子磁力仪的测量方法进行了整理和分析。     

Nonlinear oscillations of gas in a closed tube under shock-free wave conditions

In this paper, the results of studying peculiarities of longitudinal nonlinear oscillations of homogeneous gas (air) in closed tubes under shock-free wave conditions near the basic natural frequency are presented. At the resonance frequency, a continuous wave of gas pressure in time has the asymmetric form: time of compression is less than that of rarefaction. The resonance frequency being observed has in this case a lesser value than that calculated by the linear theory and coincides with the frequency determined by using the nonlinear theory (with regard to losses). Also shown is an adequate agreement between the theoretically obtained data on swing of gas pressure oscillations and the experimental results.     

Fluctuating magnetic fields in the magnetosphere

The study of ULF waves in space has been in progress for about 12 years. However, because of numerous observational difficulties the properties of the waves in this frequency band (10^-3 to 1 Hz) are poorly known. These difficulties include the nature of satellite orbits, telemetry limitations on magnetometer frequency response and compromises between dynamic range and resolution. Despite the paucity of information, there is increasing recognition of the importance of these measurements in magnetospheric processes. A number of recent theoretical papers point out the roles such waves play in the dynamic behavior of radiation belt particles.At the present time the existing satellite observations of ULF waves suggest that the level of geomagnetic activity controls the types of waves which occur within the magnetosphere. Consequently, we consider separately quiet times, times of magnetospheric substorms and times of magnetic storms. Within each of these categories there are distinctly different wave modes distinguished by their polarization: either transverse or parallel to the ambient field. In addition, these wave phenomena occur in distinct frequency bands. In terms of the standard nomenclature of ground micropulsation studies ULF wave types observed in the magnetosphere include quiet time transverse — Pc 1, Pc 3, Pc 4, Pc 5 quiet time compressional — Pc 1 and Pi 1; substorm compressional Pi 1 and Pi 2; storm transverse — Pc 1; storm compressional Pc 4, 5. The satellite observations are not yet sufficient to determine whether the various bands identified in the ground data are equally appropriate in space.Publication No. 982. Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles, Calif. 90024.