一种三种工作介质的核磁共振陀螺仪闭环控制系统

摘要

一种三种工作介质的核磁共振陀螺仪闭环控制系统，其中：核磁共振陀螺仪装置中有填充有碱金属气体和三种工作介质的气室，三种工作介质做Larmor进动；信号分离器和频率比较器得到三种工作介质的Larmor进动频率值ω_a1、ω_a2、ω_a3；运算器计算装置内温度T、静磁场大小B₀和系统角速度ω_R；温度控制器根据T的反馈信号控制加热片保持核磁共振陀螺仪装置的温度T；磁场控制器根据B₀的反馈信号控制静磁场线圈核磁共振陀螺仪装置中的静磁场B₀；信号发生器和加法器根据三种工作介质的Larmor进动频率值ω_a1、ω_a2、ω_a3控制驱动磁场线圈电流大小使三种工作介质保持在共振频率点。本发明同时对静磁场和温度进行闭环控制，得到更高的系统角速度的精度。

主权项

一种三种工作介质的核磁共振陀螺仪闭环控制系统，其特征在于：包括核磁共振陀螺仪装置、信号分离器、频率比较器、运算器、信号发生器、加法器、温度控制器、磁场控制器、加热片、静磁场线圈、驱动磁场线圈，其中：核磁共振陀螺仪装置：原子气室内填充有碱金属气体和三种工作介质，产生载有三种工作介质Larmor进动频率的陀螺信号并送至信号分离器，所述三种工作介质为¹²⁹Xe、¹³¹Xe、⁸³Kr、²¹Ne、³He、¹⁹⁹Hg和²⁰¹Hg中的任意三种气体，三种工作介质通过与被泵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；信号分离器：包括高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器，接收载有三种工作介质Larmor进动频率的陀螺信号，分离出三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；频率比较器：接收三种工作介质各自对应的Larmor进动频率信号，得到三种工作介质各自对应的Larmor进动频率值ω_a1、ω_a2、ω_a3，并同时送至运算器和信号发生器；运算器：根据ω_a1、ω_a2、ω_a3计算核磁共振陀螺仪装置内的温度T和静磁场大小B₀，计算公式为：$B_0=\frac{({\omega }_{a1}-{\omega }_{a2})({\gamma }_2{c}_2-{\gamma }_3{c}_3)-({\omega }_{a2}-{\omega }_{a3})({\gamma }_1{c}_1-{\gamma }_2{c}_2)}{({\gamma }_1-{\gamma }_2)({\gamma }_2{c}_2-{\gamma }_3{c}_3)-({\gamma }_2-{\gamma }_3)({\gamma }_1{c}_1-{\gamma }_2{c}_2)},$$T=\frac{({\omega }_{a1}-{\omega }_{a2})({\gamma }_1-{\gamma }_2)-({\omega }_{a2}-{\omega }_{a3})({\gamma }_2-{\gamma }_3)}{({\gamma }_2-{\gamma }_3)({\gamma }_1{c}_1-{\gamma }_2{c}_2)-({\gamma }_1-{\gamma }_2)({\gamma }_2{c}_2-{\gamma }_3{c}_3)},$其中，c₁、c₂、c₃为三种工作介质由泵浦光引起的光位移等效磁场的大小随温度变化在小范围内的线性比，γ₁、γ₂、γ₃为三种工作介质的旋磁比；根据率ω_a1、ω_a2、ω_a3中任一个值，计算系统角速度ω_R，并向外部输出，计算公式为：ω_R＝γ_i(B₀+c_iT)‑ω_ai，其中，i为1或2或3；温度控制器：接收运算器得到的温度大小T，当T大于或等于预设温度T'时，断开加热片，当T小于T'时接通加热片，所述温度T'应使碱金属保持气体状态；加热片：对核磁共振陀螺仪装置中的原子气室进行加热；磁场控制器：接收运算器得到的静磁场大小B₀，当B₀大于预设的静磁场大小B₀'时减小静磁场线圈电流，当B₀小于预设的静磁场大小B₀'时增大静磁场线圈电流，当B₀等于预设的静磁场大小B₀'时保持静磁场线圈电流不变；静磁场线圈：产生核磁共振陀螺仪装置中的静磁场B₀；信号发生器：接收频率比较器得到的ω_a1、ω_a2、ω_a3，产生三个频率分别为ω_a1、ω_a2、ω_a3的电流信号，并送至加法器；加法器：将三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；驱动磁场线圈：在驱动电流信号的作用下产生核磁共振陀螺仪装置中的驱动磁场B₁，使三种工作介质保持在共振频率点。