核磁共振陀螺横向补偿磁场优化设计

核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺,已受到国内外的广泛重视。核磁共振陀螺通过检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度,其陀螺精度与磁场的均匀性、稳定性密切相关。导航级核磁共振陀螺需要飞特级磁场环境,高效磁屏蔽一般仅能完成5~6个数量级的磁抑制,还需进行主动磁补偿。该文从核磁共振陀螺磁场分布的理论分析出发,通过数学计算和计算机仿真,分析和研究了横向磁补偿系统的磁场分布,并对横向磁补偿线圈进行了优化设计。设计的核磁共振陀螺横向磁补偿系统磁场均匀性较优化前提高约13倍,满足了核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。

一种基于自激励的核磁共振陀螺仪闭环控制方法

维持气室内原子稳定进动的磁场闭环控制是核磁共振陀螺仪的关键控制技术之一。在目前广泛应用的闭环控制方法中,相位闭环无法实时补偿,且存在由于晶振时钟频率受限造成的量化噪声,导致陀螺零偏稳定性较差且转速分辨率较低,限制了核磁共振陀螺的应用范围。为解决以上问题,提出了一种基于自激励的闭环控制方法,通过理论仿真模型和实验设计,验证了其正确性与可行性。仿真结果表明,采用所提出闭环控制方法的陀螺漂移可达到9×10^(-4)°/h,角速率分辨率可达到0.1°/s以内。实验结果表明,与传统方法相比,采用所提出的方法使得陀螺漂移精度提高了一个数量级,同时,为未来核磁共振陀螺小型化奠定了基础。

基于碱金属磁力仪的铷原子横向弛豫时间测量方法

原子气室是核磁共振陀螺核心部件,微小尺寸气室工作原子之间碰撞以及Rb原子与气室内壁的碰撞会导致Rb原子的横向弛豫时间大幅降低,限制惰性气体共振信号幅值及陀螺精度的提升。传统的三种弛豫时间测量方法均需要高频激励磁场,操作复杂且精度低。针对上述问题,在分析传统横向弛豫时间测量方法的基础上,提出基于铷原子磁力仪的横向弛豫时间测量方法。搭建数理模型对方案进行可行性验证,测量误差小于0.4‰。在实验中,对三支充气参数不同的气室的横向弛豫时间进行测量,测量显示组间误差小于6.8‰。与自由感应衰减方法测量结果相比,两者差别不超过5%,且操作更为简单。理论仿真和实验结果均表明所提出的方法能准确测量气室内铷原子横向弛豫时间,为核磁共振陀螺气室参数优化提供了工程化测量方法.