一种主被动磁屏蔽方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于陀螺技术领域，具体涉及一种核磁共振陀螺用磁屏蔽方法。
【背景技术】
[0002] 近十年来，随着量子调控技术的发展，原子陀螺发展迅速，已成为下一代陀螺的重 要发展方向。核磁共振陀螺属于原子陀螺的一类，基于核自旋的磁共振频率在惯性空间的 不变性测量角运动。该陀螺具有突出的高精度、小体积、纯固态、对加速度不敏感等特点，代 表了未来高精度、小体积陀螺的发展方向。
[0003] 核磁共振陀螺工作中，角运动会导致观测得到的核磁共振频率发生改变，但同时 磁场也会引起核磁共振频率的改变。因此，需要高效地屏蔽环境磁场，隔离磁场对核磁共振 频率测量的影响，提高核磁共振陀螺的精度。
[0004] 由于核磁共振陀螺体积较小，难以放入一个辅助的三轴磁强计进行磁场测量，一 般仅采用被动磁屏蔽，通过测量信号的数学差分，降低磁场对核磁共振陀螺的影响，但是制 约了核磁共振陀螺动态性能的提高；传统的原子磁强计，可以进行磁场的原位测量，但一般 为标量（测量总磁场大小）、或矢量（测量一维磁场大小），难以对三维磁场进行同时测量。 因此，现有磁屏蔽方法难以满足目前小体积核磁共振陀螺对环境磁场高效屏蔽的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明需要解决的技术问题为：现有磁屏蔽方法难以满足目前小体积核磁共振陀 螺对环境磁场高效屏蔽要求。
[0006] 本发明的一种主被动磁屏蔽方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、被动屏蔽：在核磁共振陀螺的外部设置被动屏蔽层，所述屏蔽层为高导磁 材料；
[0008] 步骤二、主动补偿：在核磁共振陀螺敏感结构的外部，被动屏蔽装置的内部设置主 动补偿装置，所述主动补偿装置包括原子磁强计、三维磁场线圈2和电流源。
[0009] 所述原子磁强计用于检测经被动屏蔽层屏蔽后剩余的磁场大小，并将检测结果反 馈至电流源；所述三维磁场线圈放置在被动屏蔽层内部，用于产生三个正交方向的补偿磁 场；所述电流源用于驱动三维磁场线圈，根据原子磁强计测量得到的三维剩余磁场大小，驱 动三维磁场线圈产生反向三维磁场，使原子磁强计的测量输出始终维持在零位；
[0010] 其中，所述原子磁强计检测屏蔽后剩余磁场大小的具体方式为：利用检测激光和 驱动激光以及核磁共振陀螺自有的原子气室构成原子磁强计，所述驱动激光垂直射入原子 气室的一个面，用于极化原子自旋，定义其入射方向为Z轴正向；所述检测激光从驱动激光 入射面的邻面垂直入射原子气室，用于检测原子自旋，定义其入射方向为X轴正向；根据右 手法则定义Y轴正向，建立XYZ直角坐标系；设置于原子气室外部的三维磁场线圈施加的 三维磁场用于对原子进行调制，辅助三维磁场的测量；通过检测激光获得的自旋进动信息， 则：
[0011] (a)提取碱金属原子电子顺磁共振的2倍频信息，获得X轴的磁场大小；
[0012] (b)直接提取自旋进动信息，获得Y轴的磁场大小；
[0013] (C)提取两种核自旋原子的核磁共振频率，经过数学运算，获得Z轴的磁场大小。
[0014] 优选的，步骤一中所述被动屏蔽层为圆筒状或方筒状或内部中空的球状，共两层 或三层，采用1J85材料或其它磁导系数高的高导磁材料，所有的被动屏蔽层共形心，相邻 的两层之间使用无磁材料填充或支撑。
[0015] 优选的，步骤二中所述检测激光采用线偏振光，波长为碱金属原子的Dl线或D2线 的失谐频率；
[0016] 所述驱动激光采用圆偏振光，波长选择为碱金属原子的Dl线或D2线。
[0017] 本发明的有益效果为：
[0018] (1)本发明提供的主被动磁屏蔽装置，采用核磁共振陀螺自身应该具备的原子气 室、驱动与检测激光、三维磁场线圈，进行主动屏蔽，在未增加核磁共振陀螺硬件部件的基 础上，提高磁屏蔽性能；
[0019] (2)本发明提供的原子磁强计用三维磁场测量方法，利用一次测量，同时获得三维 原位磁场信息，解决主动磁补偿中磁场测量难以获得三维原位磁场、三维磁场同时测量的 难题，提高主动磁补偿的精度与带宽。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的主被动磁屏蔽方法所使用的主被动磁屏蔽装置示意图；
[0021] 图2为原子磁强计检测三维磁场的原理图；
[0022] 图中，1-被动屏蔽层，2-三维磁场线圈，3-原子气室，4-检测激光，5-驱动激光。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明的一种主被动磁屏蔽方法进行详细说明。
[0024] -种主被动磁屏蔽方法，包括以下步骤：
[0025] 1)被动屏蔽，在核磁共振陀螺的外部设置被动屏蔽层1，所述被动屏蔽层1如图1 所示，具有圆筒状外形，共有三层，采用1J85材料或其它磁导系数高的高导磁材料，用于衰 减环境磁场大小。三层被动屏蔽层1共同一形心，相邻的两层之间使用无磁材料填充或支 撑。
[0026] 所述被动屏蔽层1还可以为内部中空的球状或方筒状，其层数可以为两层。
[0027] 2)主动补偿，在核磁共振陀螺的外部，被动屏蔽装置的内部设置主动补偿装置，所 述主动补偿装置包括原子磁强计、三维磁场线圈2和电流源。
[0028] 所述原子磁强计由原子气室3、检测激光4和驱动激光5构成，用于测量经被动屏 蔽层1屏蔽后剩余三维磁场的大小。所述原子气室3为立方体形状，与核磁共振陀螺共用， 所述检测激光4和驱动激光5分别垂直射入原子气室3的相邻的两个面。
[0029] 所述三维磁场线圈2放置在被动屏蔽装置内部，用于产生三个正交方向的磁场， 其形状根据被动屏蔽装置的形状可以为圆柱状、球状或四棱柱状。
[0030] 所述电流源用于驱动三维磁场线圈，根据原子磁强计测量得到的三维剩余磁场大 小，产生反向三维磁场，使原子磁强计的测量输