核磁共振陀螺仪研究进展北大核心

核磁共振陀螺(NMRG)是基于量子原理的陀螺仪,具有高精度、体积小、抗干扰能力强等特点,是陀螺仪发展的重点方向之一。简要回顾了核磁共振陀螺的发展历史,介绍了20世纪有代表性的研究成果。叙述了核磁共振陀螺的基本工作原理和硬件系统构成。按照4种不同的技术路径:微型核磁共振陀螺、无自旋弛豫交换(SERF)核自旋陀螺、芯片级组合原子导航仪和基于金刚石氮空位的核磁共振陀螺,重点阐述近年来国外研究机构在核磁共振陀螺研究领域取得的最新成果,之后再介绍了近年来国内研究机构取得的主要研究成果。最后总结了核磁共振陀螺技术的最新发展趋势。     

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。     

核磁共振微陀螺的现状与发展

基于核磁共振的微型陀螺仪以其小体积、低功耗、低成本等优势成为了惯性传感器领域新的研究热点。回顾了核磁共振陀螺仪的发展历程,并跟踪了国际上基于核磁共振的微型陀螺仪的最新研究动态。从核磁共振、光抽运和自旋交换碰撞三个方面介绍了核磁共振微陀螺的理论基础和主要涉及的物理效应。针对核磁共振微陀螺的不同结构对其进行分类,并从工作原理和性能参数等方面分别进行了阐述。最后,分析了核磁共振微陀螺的应用领域,对其发展趋势和实际应用所面临的挑战进行了展望,并指出磁抑制和磁屏蔽技术将会成为制约核磁共振微陀螺实际应用的难点。     

光刻探头的共振压力显微系统的研究

以磁共振压力显微和半导体核子自旋态研究为目的,采用电子束和等离子体刻印方法制备硅振荡器,脉冲调制序列控制磁共振条件频率和旋转框架翻转,依据样品的自旋-晶格弛豫时间和自旋-自旋弛豫时间,获得了共振显微压力,测试了压力显微的灵敏度。结果表明,光刻的探头具有高Q值和软悬臂低倔强系数K,磁共振压力通过扫描片段和激光光纤干涉得到了极其微小的压力。光刻探头的共振压力显微具有高空间分辨率,兼具核磁共振成像(MRI)和原子压力显微技术(AFM)优点,是一种重要的核自旋探测技术和三维原子分辨率成像的有力方法。     

基于FPGA的数字闭环光纤陀螺仪模拟表头设计

光纤陀螺仪是一种用来测量角速度的传感器。为了检测调制解调电路是否符合设计要求,并提高陀螺的实际应用精度,本文设计了一种基于FPGA的光纤陀螺仪模拟表头及其测试系统,能有效地检测调制解调电路的性能。     

核磁共振陀螺反馈环路中滤波器的影响研究

为了分析核磁共振陀螺中129Xe自旋振荡器的振幅和频率特性,建立了相应的半经典模型,其中分别采用密度矩阵和经典电磁理论描述核自旋系综和反馈系统。然后,根据自激振荡的自洽条件推导了用于描述自旋振荡器的振荡方程。进一步,利用旋转波近似和慢变振幅近似将振荡方程化简为自洽方程组,它由分别用于描述自旋振荡器振幅和频率的振幅方程和频率方程构成。基于上述自旋振荡器的半经典模型,研究了带通滤波器对自旋振荡器振幅和频率的影响。仿真结果表明,对核磁共振陀螺的典型参量,反馈环路设计不当导致的自旋振荡器频移可达亚μHz。该研究对提高基于自旋振荡器的核磁共振陀螺性能具有一定的参考价值。     

冷原子陀螺仪二维磁场系统容差设计研究

磁场系统作为磁光阱的重要组成部分,在高精度冷原子陀螺仪中占着重要地位。随着陀螺体积的减小和集成度的提高,磁场系统的制造和装调误差对陀螺性能的影响不断增大。这些误差将引起磁场零点漂移和磁场梯度变化,降低捕获效率和原子团的质量,从而影响陀螺性能。该文通过理论分析对二维磁场系统的主要制造和装调误差进行了筛选,并利用实验设计和Ansoft仿真完成了"虚拟"实验。基于实验结果的数学回归,对关键制造和装调参数设计了合理的容差限,并进行了试制验证。该工作为小型化冷原子陀螺仪二维磁场系统的设计和制造提供了理论指导。     

干涉型原子陀螺仪研究进展与应用

介绍了原子干涉仪的基本原理和目前国内外干涉型原子陀螺仪的 实现方案以及研究现状,包括三脉冲陀螺仪、四脉冲陀螺仪和原子芯片陀螺仪。基于高精度 测量特性,概述了原子陀螺仪在惯性导航、广义相对论检测以及地球物理学中的应用。     

基于原子干涉的量子陀螺仪

介绍了一种基于原子干涉测量的量子陀螺仪，对原子干涉的Sagnac效应原理进行了简单描述，在此基础上介绍原子Mach?蛳Zehnder干涉仪构成的量子陀螺仪的工作原理。量子陀螺仪的测量精度比传统的高精度陀螺仪的精度高几个数量级，是新一代的陀螺仪。     

大型激光陀螺仪的研究进展

基于Sagnac效应的大型激光陀螺仪是测量地球参数的核心设备。与小型的惯性导航陀螺仪相比,大型激光陀螺将转速测量的灵敏度和稳定性提高了6个数量级,性能提升使大型激光陀螺仪在地球物理、大地测量和地震学领域的全新应用成为可能。本文介绍的大型激光陀螺仪是目前用于研究地球参数(Earth Orientation Parameter,EOP)测量的重要技术手段,可直接通过测量地球自转旋转角速度解算世界时(Universal time 1,UT1)。相比较于国外大型激光陀螺仪的大量成功应用,国内还需要不断提高大型激光陀螺的研制应用水平,以满足高精度测量地球旋转角速度解算UT1的需求。     

旋转弹用轴向减旋平台控制系统设计

轴向减旋平台为高旋弹药姿态的高精度测量提供了一个有效的解决方案。针对弹载轴向减旋平台小体积、高动态等方面的要求,设计了一种适用于弹载环境的减旋控制系统。该系统采用模拟信号控制方式,通过对陀螺仪输出信号的实时处理与伺服驱动器参数的匹配调节,实现了对伺服系统的精确、匹配控制,为小量程、高精度的MEMS器件提供了一个微旋的测试环境。经试验验证,该设计减旋控制精度小于35°/s,有效抑制了弹体高旋对姿态测量的影响。     

基于VISA和Mint的微波暗室自动测量系统实现

建立了一套基于VISA和Mint的微波暗室自动测量系统,通过计算机控制矢网和转台以实现高效率的天线与RCS的微波暗室自动测量.在Visual C++开发环境下,运用多线程技术将矢网和转台结合,同时采用VISA和SCPI命令实现矢网的自动控制,采用Mint ActiveX控件技术实现转台的自动控制,该方法易于实现矢网与转台的高效同步.实测表明,该系统操作方便,测量效率、测量精度与自动化程度较高,所采用的控制方法有着较好的通用性和可拓展性,具有广阔的应用前景.     

天线近场测量系统的控制设计综述

近年来 ,近场测量已成为高性能天线研制中非常重要的技术手段 ,其中高精度是天线近场系统中的关键指标 ,这使得近场控制技术显得尤为重要。早期的近场控制借助于成熟的经典控制技术 ,保证系统的可靠运行。而近期的近场系统多采用具有精确、简捷、快速的新型步进控制技术 ,对提高控制性能、简化控制设计、降低系统成本 ,起到了显著作用。综述了天线近场测量控制系统的设计 ,给出了控制方式、误差补偿及系统设备配置方面的设计建议 ,对从事近场系统控制人员具有一定的指导和参考意义。     

多路三轴光纤陀螺自动化测试系统设计与实现

因三轴光纤陀螺的测试过程复杂、耗时长、测试效率低。提出了一种多路三轴光纤陀螺自动测试系统实现方案。叙述了测试系统的硬件设计思想并给出了完成自动化测试、软件设计方法及组建方案。测试结果表明,该系统能够实现三轴光纤陀螺测试全程自动化,节约了成本,提高了测试效率。     

某型计程仪检测装置中精密信号源的设计

根据某型计程仪检测装置的设计要求,设计实现了一种基于单片集成电路芯片ICL8038的精密信号源电路.在介绍ICL8038的基础上对其整个结构进行了详细的设计,给出了具体测试电路图,并根据实际应用进行了测试电路验证.实践证明该信号源电路具有频率漂移小、失真度低、频率占空比可调、工作性能稳定等特点,能够满足计程仪性能检测对信号源的要求.     

基于自动消偏的原子陀螺微弱光信号检测方法

核磁共振原子陀螺凭借其高精度、小体积、低成本的特点在国内外受到广泛关注。在获取检测目标的诸多方法中,较为常用的方法是监测探测光极化面旋转角的平衡偏振法。由于小型化带来的尺寸效应明显,光学元件间存在不可避免的方位误差,导致微弱光信号产生偏置,制约了该信号的提取与放大。为提高检测性能,分析了激光偏振态的差分检测原理,提出了一种基于比例积分（P-I）反馈回路的自动消偏方法,设计了基于硅光二级管的低噪声、高增益前置放大电路。最后,结合核磁共振陀螺样机系统,给出了该方法的仿真分析和实验结果,验证了该方法的有效性。     

A Receiver in a Millimeter Wave Radiometer for Atmosphere Remote Sensing

A millimeter wave radiometer system with high resolution is described in this paper, which was used for remote sensing of integrated water vapor and integrated liquid water in the troposphere. A novel receiver technique was adopted in the radiometer system to deracinate an impact of the receiver gain shift on its precision and improve its performance. Measured results show that this radiometer system has enough stability in long time measurement and capability to measure atmospheric brightness temperature.     

双正交小波变换在智能航姿测试系统设计中的应用

为了快速、可靠测试某新型飞机航向姿态系统,在解决有关关键技术后,研制了总线式智能航姿测试系统。系统中创新设计了轴角转换板卡,实现了微弱磁航向信号的准确测量,系统航向、姿态检测精度从原模拟式检测设备的1°提高到现在的0.1°,与原模拟式测试系统相比,维护效率提高了10倍以上。系统采用双正交小波变换技术对TQZ-1D陀螺仪测漂信号进行去噪处理,经小波处理后,可以将TQZ-1D陀螺仪的姿态测量精度提高2倍。该测试系统已实际应用3年,系统运行稳定,检测测效率高,受到用户的广泛好评。