一种便携式无自旋交换弛豫原子陀螺仪结构的制作方法

本发明涉及一种便携式无自旋交换弛豫原子陀螺仪结构，该结构采用部件下沉式固定与悬挂式固定结合的设计，具有稳定、紧凑和对称的特点，减小了陀螺的体积和重量，采用光学组件连体固定结构，增强了光学性能的稳定性。

背景技术：

随着量子技术的快速发展，利用量子传感器探测角度率等也成为了支持未来长航时、高精度惯性导航系统发展的新研究方向。目前，基于无自旋交换弛豫(spin-exchange-relaxation-free,serf)原理的原子陀螺仪具有远高于现有测量手段的理论精度，并且可以实现小型化、集成化，备受国内外相关研究机构的关注。

目前研究的无自旋交换弛豫原子陀螺仪，一部分体积较大，体积较小的设计只采用了下沉式分腔结构，虽隔离了抽运光、检测光等各部分之间的相互干扰，但是不利于小型化，并且结构不对称，碱金属气室位于陀螺边缘，不利于角速率测量的实际应用；此外，现有的serf原子陀螺仪内部没有考虑走线槽的设计，导致信号线无法稳定且整齐的固定，引入电学干扰；现有serf原子陀螺仪中都采用分离式镜架固定各部件，易造成光学特性不稳定，并且不利于陀螺仪的小型化设计，增加拆装的工作量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有serf原子陀螺仪结构的不足，提供一种结构对称、紧凑的便携式设计，部件镜架连体固定，加强部件稳定性且便于小型化组装和调试，内部走线槽合理设计，减小电学干扰。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：一种便携式无自旋交换弛豫原子陀螺仪结构，包括碱金属气室固定座、无磁电加热基座、磁场补偿线圈骨架、磁屏蔽筒、检测激光器基座、检测光分束组件、抽运激光器基座、抽运光扩束组件、抽运光稳光强组件、定位工装、主结构和支撑底座。碱金属气室固定座用于夹持装有碱金属的球形玻璃气室，无磁电加热基座用于夹持碱金属气室固定座，并用于粘贴加热膜，磁场补偿线圈骨架为无磁电加热基座提供安装基准，并通过无磁材料螺钉紧固，然后经过轴孔配合实现与主结构抽运光通光孔的同轴定位。磁屏蔽筒组件为四层屏蔽结构，有效提高陀螺仪的磁屏蔽效果，每层屏蔽筒之间通过塑料支撑环实现定位，并最终通过消磁杆及定位工装实现整体的位置固定。检测激光器基座用于固定检测激光管，并用螺钉悬挂紧固在主结构上，为陀螺提供稳定的检测光光源。检测光分束组件通过连体式镜架将bs与格兰棱镜连体固定，并利用螺钉紧固在主结构上，检测光被bs分为两束，一束作为第一路检测光通过格兰棱镜起偏后进入磁屏蔽筒组件，另一束作为第二路检测光反射到主结构底部，通过反射镜后再次进入磁屏蔽筒组件。抽运激光器基座用于固定抽运光激光管，组件通过定位孔与螺钉实现在主结构上的悬挂固定，为陀螺提供稳定的抽运光光源。抽运光扩束组件通过螺钉与通孔固定并镶嵌于主结构加强筋中，节省空间并提高抽运光扩束组件稳定性。抽运光稳光强组件采用连体式镜架固定，抽运光被pbs分为两束，其中一束用于光强稳定，另一束折入主结构底部用于抽运光饱和吸收稳频。主结构为陀螺仪各部件提供安装基准，各部件通过主结构上的定位孔定位，并利用螺钉紧固，支撑底座为整个装置提供稳定的基准。

所述主结构采用下沉式与悬挂式结合的分腔设计，将抽运光路部件、检测光路部件、电学插头隔离开，避免了各个部件之间的相互干扰，并通过定位孔将各部件定位，利用螺钉将各部件紧固在主结构上。

所述主结构通过底部突出部分插入支撑底座卡槽，并利用螺钉紧固在支撑底座上，，以此提高装置的基准稳定性，主结构与支撑底座之间通过导热率低的隔热垫连接，并改善了主结构的温度稳定性，降低陀螺内部各部件受环境温度变化的影响。

所述检测光分束组件采用连体式镜架将bs与格兰棱镜连体固定，利用螺钉紧固在主结构上，bs将检测光分为两束，其中一束光通过格兰棱镜起偏后作为第一路检测光进入磁屏蔽筒组件，另一束光反射进入主结构底部，经过底部安装的反射镜反射后作为第二路检测光进入磁屏蔽筒组件，第二路检测光方向与第一路检测光方向垂直，实现双轴惯性角速率测量，提高了光学器件安装稳定性，并且简化了装配步骤。

所述抽运光稳光强组件采用连体式镜架将pbs与液晶相位延迟器连体固定，利用螺钉紧固在主结构上，pbs用于抽运光的起偏，并将抽运光分为两束，其中一束通过稳光强器件后反射进入磁屏蔽筒组件，另一束反射进入主结构底部，经过底部安装的反射镜后用于饱和吸收稳频。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明主结构采用下沉式与悬挂式结合的分腔设计，将抽运光路部件、检测光路部件、电学插头隔离开，即减小了陀螺仪体积及重量，对陀螺仪的集成化发展具有重要作用，同时又避免了各个部件之间的相互干扰，并合理设计内部走线槽，减少了陀螺仪内部电学噪声干扰。

(2)本发明主结构通过底部突出部分插入支撑底座卡槽，并利用螺钉紧固在支撑底座上，为整个陀螺提供了稳定的基准，主结构与支撑底座之间通过导热率低的隔热垫连接，并改善了主结构的温度稳定性，降低陀螺仪内部各部件受环境温度变化的影响。

(3)本发明检测光分束组件与抽运光稳光强组件均采用连体式镜架固定，利用螺钉紧固在主结构上，提高了光学器件安装稳定性，便于拆装和调试。

(4)本发明磁屏蔽筒组件实现在小体积下的四层屏蔽结构设计，每层屏蔽筒之间通过塑料支撑环实现定位，并最终通过消磁杆及定位工装实现整体的位置固定。

(5)本发明体积小、结构对称、集成度高、易于装配，具有重要的工程实用价值。

附图说明

图1为本发明一种便携式无自旋交换弛豫原子陀螺仪结构简图；

图2为本发明的主结构与支撑底座的轴侧视图、后视图和右视图，其中，图2(a)为轴侧视图，图2(b)为后视图，图2(c)为右视图；

图3为本发明的磁屏蔽筒组件轴向剖面图和端面图，其中，图3(a)为轴向剖面图，图3(b)为端面图；

图4为本发明的检测光分束组件结构简图；

图中附图标记含义为：1为碱金属气室固定座，2为无磁电加热基座，3为磁场补偿线圈骨架，4为磁屏蔽筒组件，5为检测激光器基座，6为检测光分束组件，7为抽运激光器基座，8为抽运光扩束组件，9为抽运光稳光强组件，10为定位工装，11为主结构，12为支撑底座，101为第一通光孔，102为陶瓷垫板，103为第一螺纹孔，104为第二通过孔，105为第二螺纹孔，106为sma插头定位孔，107为第一螺纹间隙孔，108为第三通光孔，109为走线槽，201为第一定位孔，202为第三螺纹孔，203为第四通光孔，204为第二螺纹间隙孔，205为第四螺纹孔，206为第一基准面，301为支撑环，302为第一隔环，303为第二隔环，304为第三定位孔，305为第五通光孔，306为第四定位孔，501为第六通光孔，502为第三螺纹间隙孔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明提出一种便携式无自旋交换弛豫原子陀螺仪结构，包括碱金属气室固定座1、无磁电加热基座2、磁场补偿线圈骨架3、磁屏蔽筒组件4、检测激光器基座5、检测光分束组件6、抽运激光器基座7、抽运光扩束组件8、抽运光稳光强组件9、定位工装10、主结构11和支撑底座12。碱金属气室固定座1用于夹持装有碱金属的球形玻璃气室，无磁电加热基座2用于夹持碱金属气室固定座，并用于粘贴加热膜，磁场补偿线圈骨架3为无磁电加热基座提供安装基准，并通过无磁材料螺钉紧固，经过轴孔配合实现与主结构11抽运光通光孔的同轴定位。磁屏蔽筒组件4为四层屏蔽结构，有效提高磁屏蔽效果。检测激光器基座5用于固定检测激光管，并用螺钉悬挂紧固在主结构11上，为陀螺仪提供稳定的检测光光源。检测光分束组件6通过连体式镜架将bs与格兰棱镜连体固定，并利用螺钉紧固在主结构11上，检测光被bs分为两束，一束作为第一路检测光通过格兰棱镜起偏后进入磁屏蔽筒组件4，另一束作为第二路检测光反射到主结构11底部，通过反射镜后再次进入磁屏蔽筒组件4。抽运光激光器基座7用于固定抽运激光管，通过定位孔与螺钉实现在主结构11上的悬挂固定，提供稳定的抽运光光源。抽运光扩束组件8通过螺钉固定并镶嵌于主结构11加强筋中，减小空间并提高抽运光扩束组件8稳定性。抽运光稳光强组件9采用连体式镜架固定，抽运光被pbs分为两束，其中一束用于光强稳定，另一束折入主结构11底部用于抽运光饱和吸收稳频。主结构11为各部件提供安装基准，各部件通过主结构11上的定位孔定位，并利用螺钉紧固，支撑底座12为整个陀螺提供稳定的基准。

图2为本发明的主结构11与支撑底座12的轴侧视图、后视图和右视图，其中，图2(a)为轴侧视图，图2(b)为后视图，图2(c)为右视图。主结构11为陀螺所有部件提供安装基准，并通过螺钉与第一螺纹间隙孔107紧固在支撑底座12上。主结构11上的第二螺纹孔105用来定位并紧固检测激光器组件5。陶瓷垫板102通过定位孔固定于主结构11上，检测光分束组件6通过第一螺纹孔103和第二通光孔104实现定位固定，第二路检测光通过第三通光孔108进入主结构11底部，经过反射镜反射后进入磁屏蔽筒组件4，最终从第一通光孔101出射并用于检测。主结构11上的第三螺纹孔202用来定位并紧固抽运光激光器基座7。抽运光扩束组件8通过第一定位孔201实现定位，并通过螺钉紧固在周围的4个螺纹孔中。主结构11上的第四通过孔203、第一通光孔101和第一基准面206用于实现磁屏蔽筒组件4的定位，两根消磁杆通过第四螺纹孔205实现定位。磁场补偿线圈骨架3通过主结构11上第四通过孔203实现同轴定位，并利用螺钉通过第二螺纹间隙孔204实现固定。

图3为本发明的磁屏蔽筒组件4轴向剖面图和端面图，其中，图3(a)为轴向剖面图，图3(b)为端面图。磁屏蔽筒组件4为碱金属气室固定座1、无磁电加热基座2和磁场补偿线圈骨架3提供了安装基准，磁场补偿线圈骨架3通过第三定位孔304和第五通光孔305实现同轴定位，同时第五通光孔305也为碱金属气室固定座1与无磁电加热基座2提供定位基准。磁屏蔽筒组件4为四层磁屏蔽结构，每层之间通过支撑环301、第一隔环302和第二隔环303之间的配合实现定位。消磁杆穿过第四定位孔306，实现磁屏蔽组件4的整体定位。

图4为本发明的检测光分束组件结构图，通过螺钉和第三螺纹间隙孔502固定于陶瓷垫板108的第一螺纹孔103上。检测光经过bs分光，一束作为第一路检测光通过格兰棱镜起偏后进入磁屏蔽筒组件4，另一束作为第二路检测光反射经过第六通光孔和第三通光孔108进入主结构11底部。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，进行的任何替换和改进都是允许的，也在本发明的保护范围。