一種三種工作介質的核磁共振陀螺儀閉環控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種巧螺儀閉環控制系統，特別設及一種Ξ種工作介質的核磁共振巧 螺儀閉環控制系統。
【背景技術】
[0002] 核磁共振巧螺具有小體積、低功耗、高性能、大動態等特性，已成為新型慣性器件 的研究重點。一般情況下，核磁共振巧螺儀利用兩種工作介質，例如1 99化和2°1化，在兩種工 作介質的閉環情況下，系統可W獲得穩定的靜磁場。
[0003] 兩種工作介質的系統由于沒有考慮光位移等效磁場影響，而光位移與溫度變化相 關，運種方案的靜磁場在溫度波動時并不能達到理想的效果，因而需要對溫度進行閉環。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：克服現有技術不足，提供了一種Ξ種工作氣體同時 對靜磁場和溫度進行閉環控制系統，提高核磁共振巧螺儀角速率信號精度。 陽〇化]本發明所采用的技術方案是：
[0006] 一種Ξ種工作介質的核磁共振巧螺儀閉環控制系統，包括核磁共振巧螺儀裝置、 信號分離器、頻率比較器、運算器、信號發生器、加法器、溫度控制器、磁場控制器、加熱片、 靜磁場線圈、驅動磁場線圈，其中：
[0007] 核磁共振巧螺儀裝置：原子氣室內填充有堿金屬氣體和Ξ種工作介質，產生載有 Ξ種工作介質Larmor進動頻率的巧螺信號并送至信號分離器，所述Ξ種工作介質為i29Xe、 "iXe、83Kr、2iNe、3He、i99Hg和2°站中的任意；種氣體，S種工作介質通過與被累浦光極化的 堿金屬碰撞而極化繞著由靜磁場線圈產生的靜磁場做Larmor進動；
[0008] 信號分離器：包括高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器，接收載有Ξ種工作介質 Larmor進動頻率的巧螺信號，分離出Ξ種工作介質各自對應的Larmor進動頻率信號，并送 至頻率比較器；
[0009] 頻率比較器：接收Ξ種工作介質各自對應的Larmor進動頻率信號，得到Ξ種工作 介質各自對應的Larmor進動頻率值〇。1、〇。2、〇。3,并同時送至運算器和信號發生器；
[0010]運算器：根據《。1、〇。2、〇。3計算核磁共振巧螺儀裝置內的溫度T和靜磁場大小 B。，計算公式為：
[0013]其中，Cl、C2、C3為Ξ種工作介質由累浦光引起的光位移等效磁場的大小隨溫度變 化在小范圍內的線性比，丫 1、丫2、丫3為Ξ種工作介質的旋磁比；根據率ω。1、0。2、0。3中任 一個值，計算系統角速度《u，并向外部輸出，計算公式為：
[0014] c〇R= 丫1度。+CiT)-c〇ai，
[0015] 其中，i為1或2或3;
[0016] 溫度控制器接收運算器得到的溫度大小T，當T大于或等于預設溫度Τ'時，斷開加 熱片，當Τ小于Τ'時接通加熱片，所述溫度Τ'應使堿金屬保持氣體狀態；
[0017] 加熱片用于對核磁共振巧螺儀裝置中的原子氣室進行加熱；
[001引磁場控制器接收運算器得到的靜磁場大小Β。，當Β。大于預設的靜磁場大小Β。'時 減小靜磁場線圈電流，當Β。小于預設的靜磁場大小Β。'時增大靜磁場線圈電流，當Β。等于 預設的靜磁場大小Β。'時保持靜磁場線圈電流不變；
[0019] 靜磁場線圈用于產生核磁共振巧螺儀裝置中的靜磁場Β。；
[0020] 信號發生器接收頻率比較器得到的《。1、〇。2、〇。3,產生Ξ個頻率分別為〇。1、〇。2、 ?。3的電流信號，并送至加法器；
[0021] 加法器將Ξ個電流信號矢量相加，合成為一個驅動電流信號送至驅動磁場線圈；
[0022] 驅動磁場線圈在驅動電流信號的作用下產生核磁共振巧螺儀裝置中的驅動磁場 Bi，使Ξ種工作介質保持在共振頻率點。
[0023] 所述堿金屬氣體為化。
[0024] 所述溫度Τ' 為 100-150°C。
[0025] 所述靜磁場B。的量級為10μT。
[0026] 所述驅動磁場Bi的量級為ΙΟηΤ。
[0027] 本發明與現有技術相比的優點在于：
[00測 1)本發明利用立種工作介質的閉環方案，利用立種工作介質的巧螺信號，計算出 靜磁場和溫度的大小，可W同時對靜磁場和溫度進行高精度閉環控制。當靜磁場和溫度的 控制精度在更高、更穩定時，探測到的系統角速度的精度也更高。
[0029] 2)本發明對靜磁場進行閉環控制，消除了累浦光引起的光位移等效磁場對靜磁場 大小的影響。
[0030] 3)本發明的系統可直接采用數字信號處理，使得系統更加穩定，測得的角速度精 度更高。
[0031] 4)本發明的系統可選用任意Ξ種核自旋為半整數的惰性氣體作為工作氣體，選擇 范圍較廣。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發明核磁共振巧螺儀閉環控制系統原理示意圖；
[0033] 圖2為信號分離器的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 如圖1所示，為本發明核磁共振巧螺儀閉環控制系統原理示意圖。核磁共振巧螺 儀裝置中有填充有堿金屬，本實施例中優選為化的氣室。在填充有化的氣室中充入i29Xe、 "iXe、83Kr、2i化、3He、i"Hg和2°1化中的立種氣體，要求充入的氣體滿足核自旋為半整數，和裝 置中填充的堿金屬不反應。此處優選為1 2攻6、"1乂6、831('立種穩定的惰性氣體作為工作介質。 在巧螺儀工作時，Ξ種工作介質會通過與被累浦光極化的化碰撞而極化。極化后Ξ種工作 介質開始繞著靜磁場做Larmor(拉莫）進動，并由驅動磁場Bi，驅動而保持在穩定的工作狀 態，即保持在共振頻率點。驅動磁場為交變磁場。核磁共振巧螺儀裝置輸出載有Ξ種工作 介質Larmor進動頻率巧螺信號的電壓，核磁共振巧螺儀裝置參見中國專利CN104634339A。
[0035]f。為拉莫頻率，指特定自旋在一定主磁場強度B。下會具有的共振頻率。存在自旋 的原子核才能發生核磁共振現象。當自旋核處于外加靜磁場B。中時，除自旋外，還會繞B。 運動，運種運動情況稱為Larmor(拉莫）進動。自旋核進動的角速度與主磁場強度B。成正 比，比例常數為旋磁比丫。靜磁場B。的量級為10μT。
[0036] 由于Ξ種工作介質的旋磁比不同，其Larmor進動頻率分別為c〇u= 丫1度。+LJ、 ω^2= 丫 2度。+Lz2)、《L3= 丫 3度。+Lz3)，其中Lz1、Lz2、Lz3是與溫度相關的光位移等效磁場，分 別為Ld=C1 ·T、L,2=C2 ·T、L,3=C3 ·T。光位移等效磁場的大小隨溫度變化在小范圍內 為線性關系，比率為Cl、C2、C3,可W通過改變氣室溫度測量。丫 1、丫 2、丫 3為Ξ種工作介質的 旋磁比。
[0037] 信號分離器包括高通濾波器、