一种三种工作介质的核磁共振陀螺仪闭环控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种巧螺仪闭环控制系统，特别设及一种Ξ种工作介质的核磁共振巧 螺仪闭环控制系统。
【背景技术】
[0002] 核磁共振巧螺具有小体积、低功耗、高性能、大动态等特性，已成为新型惯性器件 的研究重点。一般情况下，核磁共振巧螺仪利用两种工作介质，例如1 99化和2°1化，在两种工 作介质的闭环情况下，系统可W获得稳定的静磁场。
[0003] 两种工作介质的系统由于没有考虑光位移等效磁场影响，而光位移与溫度变化相 关，运种方案的静磁场在溫度波动时并不能达到理想的效果，因而需要对溫度进行闭环。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供了一种Ξ种工作气体同时 对静磁场和溫度进行闭环控制系统，提高核磁共振巧螺仪角速率信号精度。 阳〇化]本发明所采用的技术方案是：
[0006] 一种Ξ种工作介质的核磁共振巧螺仪闭环控制系统，包括核磁共振巧螺仪装置、 信号分离器、频率比较器、运算器、信号发生器、加法器、溫度控制器、磁场控制器、加热片、 静磁场线圈、驱动磁场线圈，其中：
[0007] 核磁共振巧螺仪装置：原子气室内填充有碱金属气体和Ξ种工作介质，产生载有 Ξ种工作介质Larmor进动频率的巧螺信号并送至信号分离器，所述Ξ种工作介质为i29Xe、 "iXe、83Kr、2iNe、3He、i99Hg和2°站中的任意；种气体，S种工作介质通过与被累浦光极化的 碱金属碰撞而极化绕着由静磁场线圈产生的静磁场做Larmor进动；
[0008] 信号分离器：包括高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器，接收载有Ξ种工作介质 Larmor进动频率的巧螺信号，分离出Ξ种工作介质各自对应的Larmor进动频率信号，并送 至频率比较器；
[0009] 频率比较器：接收Ξ种工作介质各自对应的Larmor进动频率信号，得到Ξ种工作 介质各自对应的Larmor进动频率值〇。1、〇。2、〇。3,并同时送至运算器和信号发生器；
[0010]运算器：根据《。1、〇。2、〇。3计算核磁共振巧螺仪装置内的溫度T和静磁场大小 B。，计算公式为：
[0013]其中，Cl、C2、C3为Ξ种工作介质由累浦光引起的光位移等效磁场的大小随溫度变 化在小范围内的线性比，丫 1、丫2、丫3为Ξ种工作介质的旋磁比；根据率ω。1、0。2、0。3中任 一个值，计算系统角速度《u，并向外部输出，计算公式为：
[0014] c〇R= 丫1度。+CiT)-c〇ai，
[0015] 其中，i为1或2或3;
[0016] 溫度控制器接收运算器得到的溫度大小T，当T大于或等于预设溫度Τ'时，断开加 热片，当Τ小于Τ'时接通加热片，所述溫度Τ'应使碱金属保持气体状态；
[0017] 加热片用于对核磁共振巧螺仪装置中的原子气室进行加热；
[001引磁场控制器接收运算器得到的静磁场大小Β。，当Β。大于预设的静磁场大小Β。'时 减小静磁场线圈电流，当Β。小于预设的静磁场大小Β。'时增大静磁场线圈电流，当Β。等于 预设的静磁场大小Β。'时保持静磁场线圈电流不变；
[0019] 静磁场线圈用于产生核磁共振巧螺仪装置中的静磁场Β。；
[0020] 信号发生器接收频率比较器得到的《。1、〇。2、〇。3,产生Ξ个频率分别为〇。1、〇。2、 ?。3的电流信号，并送至加法器；
[0021] 加法器将Ξ个电流信号矢量相加，合成为一个驱动电流信号送至驱动磁场线圈；
[0022] 驱动磁场线圈在驱动电流信号的作用下产生核磁共振巧螺仪装置中的驱动磁场 Bi，使Ξ种工作介质保持在共振频率点。
[0023] 所述碱金属气体为化。
[0024] 所述溫度Τ' 为 100-150°C。
[0025] 所述静磁场B。的量级为10μT。
[0026] 所述驱动磁场Bi的量级为ΙΟηΤ。
[0027] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[00測 1)本发明利用立种工作介质的闭环方案，利用立种工作介质的巧螺信号，计算出 静磁场和溫度的大小，可W同时对静磁场和溫度进行高精度闭环控制。当静磁场和溫度的 控制精度在更高、更稳定时，探测到的系统角速度的精度也更高。
[0029] 2)本发明对静磁场进行闭环控制，消除了累浦光引起的光位移等效磁场对静磁场 大小的影响。
[0030] 3)本发明的系统可直接采用数字信号处理，使得系统更加稳定，测得的角速度精 度更高。
[0031] 4)本发明的系统可选用任意Ξ种核自旋为半整数的惰性气体作为工作气体，选择 范围较广。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明核磁共振巧螺仪闭环控制系统原理示意图；
[0033] 图2为信号分离器的原理示意图。
【具体实施方式】
[0034] 如图1所示，为本发明核磁共振巧螺仪闭环控制系统原理示意图。核磁共振巧螺 仪装置中有填充有碱金属，本实施例中优选为化的气室。在填充有化的气室中充入i29Xe、 "iXe、83Kr、2i化、3He、i"Hg和2°1化中的立种气体，要求充入的气体满足核自旋为半整数，和装 置中填充的碱金属不反应。此处优选为1 2攻6、"1乂6、831('立种稳定的惰性气体作为工作介质。 在巧螺仪工作时，Ξ种工作介质会通过与被累浦光极化的化碰撞而极化。极化后Ξ种工作 介质开始绕着静磁场做Larmor(拉莫）进动，并由驱动磁场Bi，驱动而保持在稳定的工作状 态，即保持在共振频率点。驱动磁场为交变磁场。核磁共振巧螺仪装置输出载有Ξ种工作 介质Larmor进动频率巧螺信号的电压，核磁共振巧螺仪装置参见中国专利CN104634339A。
[0035]f。为拉莫频率，指特定自旋在一定主磁场强度B。下会具有的共振频率。存在自旋 的原子核才能发生核磁共振现象。当自旋核处于外加静磁场B。中时，除自旋外，还会绕B。 运动，运种运动情况称为Larmor(拉莫）进动。自旋核进动的角速度与主磁场强度B。成正 比，比例常数为旋磁比丫。静磁场B。的量级为10μT。
[0036] 由于Ξ种工作介质的旋磁比不同，其Larmor进动频率分别为c〇u= 丫1度。+LJ、 ω^2= 丫 2度。+Lz2)、《L3= 丫 3度。+Lz3)，其中Lz1、Lz2、Lz3是与溫度相关的光位移等效磁场，分 别为Ld=C1 ·T、L,2=C2 ·T、L,3=C3 ·T。光位移等效磁场的大小随溫度变化在小范围内 为线性关系，比率为Cl、C2、C3,可W通过改变气室溫度测量。丫 1、丫 2、丫 3为Ξ种工作介质的 旋磁比。
[0037] 信号分离器包括高通滤波器、