Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0211

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0211
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Название доклада
Исследование характеристик квантового датчика вращения на основе методов математического моделирования с использованием гибридной суперкомпьютерной платформы и верификацией экспериментом
Докладчик
Литвинов Андрей Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Разработка многопараметрической математической модели квантового датчика вращения и проведение серии экспериментов для ее верификации
2. Математическое моделирование и экспериментальные исследования зависимостей основных выходных характеристик чувствительного элемента квантового датчика вращения (КДВ)
Актуальность и новизна исследования
Использование результатов проекта позволит значительно сократить затраты на создание принципиально новой продукции за счёт снижения издержек на изготовление макетных образцов. На основе имитационного моделирования и экспериментальных исследований на лабораторной установке появится возможность формировать требования к квантовому датчику вращения и режимам его работы в зависимости от требований к вновь разрабатываемому устройству - гирокомпасу или инерциальной навигационной системе.
Актуальность вновь создаваемой интеллектуальной собственности определяется возможностью её применения при разработке целой серии навигационных устройств, использующих в качестве чувствительного элемента квантовый датчик вращения.
Описание исследования

На данном этапе мы провели теоретическое моделирование метода детектирования поперечного магнитного поля в чувствительном элементе квантового датчика вращения на основе ЯМР. Детектирование осуществляется с помощью электронного парамагнитного резонанса в атомах щелочного металла, который вызывается переменным радио полем, параллельной индукции внешнего постоянного магнитного поля. Частота переменного радио поля совпадает с частотой прецессии электронного спина щелочного металла во внешнем постоянном магнитном поле.

Принцип детектирования состоит в том, что при появлении поперечной компоненты ядерной намагниченности индукция постоянного магнитного поля перестаёт быть параллельной индукции радио поля. Это приводит к прецессии электронного спина щелочного металла вокруг суммарного магнитного поля, возникновению ЭПР и в результате раскрытию конуса, описываемого прецессией электронного спина.

Нам необходимо было исследовать зависимость величины сигнала (в условных единицах) квантового датчика при заданном поперечном магнитном поле от относительной амплитуды радио поля для нахождения оптимального режима наблюдения ЭПР. Для этой цели была построена математическая модель динамики щелочного металла под действием лазерной накачки и переменного магнитного поля. Условным сигналом квантового датчика мы считали амплитуду усреднённого по периоду прецессии спина щелочного металла. 

Результаты исследования

1. Построена математическая модель квантового датчика вращения, в которой учтены:
- сверхтонкая структура уровней щелочного металла,
- влияние детектирующего излучения на накачку спиновой поляризации,
- влияние спин-обмена на релаксационные процессы внутри ячейки

2. Найдены зависимости амплитуды сигнала квантового датчика от отстройки и амплитуды радио поля, вызывающего ЭПР щелочного металла.

3. На основе построенных зависимостей обнаружены сдвиги  в электронном парамагнитном резонансе щелочного металла, природа которых требует дальнейшего подробного анализа. Найдена оптимальная амплитуда радио поля, при которой сигнал квантового датчика максимальный.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты в рамках проекта планируется использовать для разработки квантового датчика вращения, позволяющего измерять углы с высокой точностью