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核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究

易鑫 汪之国 夏涛 徐迪 杨开勇

易鑫, 汪之国, 夏涛, 徐迪, 杨开勇. 核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(6): 671-677. doi: 10.3788/CO.20160906.0671
引用本文: 易鑫, 汪之国, 夏涛, 徐迪, 杨开勇. 核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(6): 671-677. doi: 10.3788/CO.20160906.0671
YI Xin, WANG Zhi-guo, XIA Tao, XU Di, YANG Kai-yong. Research on temperature field in the vapor cell of nuclear magnetic resonance gyroscope[J]. Chinese Optics, 2016, 9(6): 671-677. doi: 10.3788/CO.20160906.0671
Citation: YI Xin, WANG Zhi-guo, XIA Tao, XU Di, YANG Kai-yong. Research on temperature field in the vapor cell of nuclear magnetic resonance gyroscope[J]. Chinese Optics, 2016, 9(6): 671-677. doi: 10.3788/CO.20160906.0671

核磁共振陀螺中原子气室温度场的研究

doi: 10.3788/CO.20160906.0671
基金项目: 

国防科技大学校预研资助项目 No.JC140702

详细信息
    作者简介:

    易鑫(1992-),男,江西宜春人,硕士研究生,2014年于国防科技大学获得学士学位,主要从事激光与光电子技术方面的研究。E-mail:1091184065@qq.com

    通讯作者:

    汪之国(1982-),男,山东临城人,博士,讲师,2003年于吉林大学获得学士学位,2010年于国防科技大学获得博士学位,主要从事激光与光电子技术方面的研究。E-mail:maxborn@163.com

  • 中图分类号: V241.557;TH703

Research on temperature field in the vapor cell of nuclear magnetic resonance gyroscope

Funds: 

Supported by Advance Research Project of National University of Defense Technology No.JC140702

More Information
  • 摘要: 为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响,设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型,给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为0.01℃的测温电路,对原子气室表面不同位置的温度进行监控,获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较,发现误差在5%之内,验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况,获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。

     

  • 图 1  核磁共振陀螺中加热机构示意图

    Figure 1.  Schematic of the heating mechanism in NMRG

    图 2  核磁共振陀螺加热机构有限元模型

    Figure 2.  Finite element model of the heating mechanism in NMRG

    图 3  加热方式1下原子气室表面稳态温度场

    Figure 3.  Temperature field of the surface of atom vapor cell under heating method 1

    图 4  加热方式2下原子气室表面稳态温度场

    Figure 4.  Temperature field of the surface of atom vapor cell under heating method 2

    图 5  加热方式3下原子气室表面稳态温度场

    Figure 5.  Temperature field of the surface of atom vapor cell under heating method 3

    图 6  加热方式4下原子气室表面稳态温度场

    Figure 6.  Temperature field of the surface of atom vapor cell under heating method 4

    图 7  加热方式5下原子气室表面稳态温度场

    Figure 7.  Temperature field of the surface of atom vapor cell under heating method 5

    图 8  测温点位置示意图

    Figure 8.  Position of temperature detecting point

    表  1  材料热参数

    Table  1.   Thermal parameters of 4 different materials

    材料热导率(W/m·K)
    聚四氟乙烯0.25
    云母0.71
    pyrex1.2
    氮气0.02
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    表  2  不同加热方式下单个加热片的热生成率

    Table  2.   Heat production rate of a single heating film under different heating methods

    加热方式加热电流/A等效功率/W热生成率×107/(W·m-3)
    11.2033.124.48
    20.8516.612.24
    30.608.311.12
    40.608.311.12
    50.495.520.75
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    表  3  各加热方式下各测温点仿真和实验结果

    Table  3.   Simulation and experimental results of every detecting points under different heating methods

    加热方式12345
    测温点1/℃仿真值156.13114.16117.07114.40114.17
    实验值158.36116.02121.38117.78110.44
    测温点2/℃仿真值123.59115.89115.46115.26112.41
    实验值130.10115.42119.71120.04107.56
    测温点3/℃仿真值98.39114.54120.23123.18121.00
    实验值102.63111.80125.58129.11115.54
    最大相对误差/%5.002.454.264.594.73
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    表  4  各加热方式下原子气室表面温度(单位:/℃)

    Table  4.   Surface temperature of atom vapor cell under different heating methods(Unit:/℃)

    加热方式最高温度最低温度最大温差
    1164.2692.5771.69
    2132.11111.9220.19
    3127.18113.3813.80
    4136.25113.6622.59
    5126.88112.2614.62
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-13
  • 修回日期:  2016-07-29
  • 刊出日期:  2016-12-01

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