gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0020gyroscopy-201Research ArticleСтатьиСистема двухчастотной генерации в схеме датчика угловой скоростиTwo-Frequency Oscillation System in the Architecture of an Angular Rate Sensor, Giroskopiya i NavigatsiyaБезменГ. В.BezmenG. V.

Безмен Глеб Владимирович. Кандидат технических наук, начальник лаборатории.

ШевченкоА. Н.ShevchenkoA. N.

Шевченко Александр Николаевич. Заместитель начальника лаборатории.

КостинП. Н.KostinP. N.

Костин Павел Николаевич. Инженер.

БерзейтисА. Н.BerzeitisA. N.

Берзейтис Александр Николаевич. Инженер.

БезменВ. С.BezmenV. S.

Безмен Владимир Сергеевич. Кандидат технических наук, главный специалист.

ПетровВ. И.PetrovV. I.

Петров Владимир Игоревич. Научный сотрудник.

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, Saint Petersburg, RussiaRussian Federation2020281020252811930Copyright © Безмен Г.В., Шевченко А.Н., Костин П.Н., Берзейтис А.Н., Безмен В.С., Петров В.И., 20252025Безмен Г.В., Шевченко А.Н., Костин П.Н., Берзейтис А.Н., Безмен В.С., Петров В.И.Bezmen G.V., Shevchenko A.N., Kostin P.N., Berzeitis A.N., Bezmen V.S., Petrov V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/201

Рассматриваются особенности реализации цепи обратной связи в квантовом датчике угловой скорости, построенном на двухчастотном спиновом генераторе на изотопах ксенона. Перечислены технические решения, обеспечивающие устойчивую двухчастотную генерацию, такие как блоки автоматической регулировки усиления и фазовые фильтры. Приведены результаты экспериментальных исследований режимов генерации на макете квантового датчика угловой скорости в условиях неподвижного и вращающегося основания.

The paper considers the specific features of feedback circuit implementation in an angular rate quantum sensor based on a two-frequency spin oscillator on xenon isotopes. Technical solutions which ensure stable two-frequency oscillation, such as automatic gain control units and phase filters, are listed. The results of experimental studies of oscillation modes on breadboard angular rate quantum sensor with stationary and rotating base are presented.

Квантовый сенсорспиновый генераторобратная связьядерный магнитный резонансАngular rate quantum sensorspin oscillatorfeedbacknuclear magnetic resonance.ReferencesBudker, D., Romalis, M., Optical magnetometry, Nature Phys., 2007, vol. 3, pp. 227. DOI: 10.1038/ nphys566.Budker, D., Romalis, M., Optical magnetometry, Nature Phys., 2007, vol. 3, pp. 227. DOI: 10.1038/ nphys566.Александров Е.Б., Вершовский А.К. Современные радиооптические методы квантовой магнитометрии // УФН. 2009. Т. 179. № 6. С. 605–637.Александров Е.Б., Вершовский А.К. Современные радиооптические методы квантовой магнитометрии // УФН. 2009. Т. 179. № 6. С. 605–637.Zhivun, E., et al., Dual-axis pi-pulse spin-exchange relaxation-free magnetometer, arXiv preprint arXiv:1805.12286, 2018.Zhivun, E., et al., Dual-axis pi-pulse spin-exchange relaxation-free magnetometer, arXiv preprint arXiv:1805.12286, 2018.Larsen, M., Bulatowicz, M., Nuclear magnetic resonance gyroscope: for DARPA’s micro-technology for positioning, navigation and timing program, Proc. IEEE Int. Frequency Control Symposium, 2012.Larsen, M., Bulatowicz, M., Nuclear magnetic resonance gyroscope: for DARPA’s micro-technology for positioning, navigation and timing program, Proc. IEEE Int. Frequency Control Symposium, 2012.Feng, D., Review of quantum navigation, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 237, p. 032027.Feng, D., Review of quantum navigation, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 237, p. 032027.Вершовский А.К., Шевченко А.Н. Ядерный магнитный гироскоп: принцип действия, история, перспективы // Навигация и управление движением. Материалы ХVII конференции молодых ученых. 2015. С. 19–28.Вершовский А.К., Шевченко А.Н. Ядерный магнитный гироскоп: принцип действия, история, перспективы // Навигация и управление движением. Материалы ХVII конференции молодых ученых. 2015. С. 19–28.Liu, Y., Shi, M., Wang, X., Progress on atomic gyroscope, 24th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS), IEEE, 2017, pp. 1–7.Liu, Y., Shi, M., Wang, X., Progress on atomic gyroscope, 24th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS), IEEE, 2017, pp. 1–7.Yoshimi, A., et al., Development of NMOR magnetometer for spin-maser EDM experiment, Physics Procedia, 2011, vol. 17, pp. 245–250.Yoshimi, A., et al., Development of NMOR magnetometer for spin-maser EDM experiment, Physics Procedia, 2011, vol. 17, pp. 245–250.Rosenberry, M.A. and Chupp, T.E., Atomic electric dipole moment measurement using spin exchange pumped masers of 129Xe and 3He, Phys. Rev. Lett., 2001, 86, 22–25.Rosenberry, M.A. and Chupp, T.E., Atomic electric dipole moment measurement using spin exchange pumped masers of 129Xe and 3He, Phys. Rev. Lett., 2001, 86, 22–25.Walker, T.G., Larsen, M.S., Spin-exchange-pumped NMR gyros, Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2016, vol. 65, pp. 377–405.Walker, T.G., Larsen, M.S., Spin-exchange-pumped NMR gyros, Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2016, vol. 65, pp. 377–405.Wang, S.G., et al., Progress on Novel Atomic Magnetometer and Gyroscope Based on Self-sustaining of Electron Spins, China Satellite Navigation Conference, Springer, Singapore, 2017, pp. 535–542.Wang, S.G., et al., Progress on Novel Atomic Magnetometer and Gyroscope Based on Self-sustaining of Electron Spins, China Satellite Navigation Conference, Springer, Singapore, 2017, pp. 535–542.Вершовский А.К., Литманович Ю.А., Пазгалёв А.С., Пешехонов В.Г. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе: предельные характеристики // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №.1. С. 55–80.Вершовский А.К., Литманович Ю.А., Пазгалёв А.С., Пешехонов В.Г. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе: предельные характеристики // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №.1. С. 55–80.Jiang, M., et al., Floquet-state Maser under Real-time Quantum Feedback Control, arXiv preprint arXiv:1901.00970, 2019.Jiang, M., et al., Floquet-state Maser under Real-time Quantum Feedback Control, arXiv preprint arXiv:1901.00970, 2019.Sato, T., et al., Development of co-located 129Xe and 131Xe nuclear spin masers with external feedback scheme, Physics Letters A., 2018, vol. 382, no.8, pp. 588–594.Sato, T., et al., Development of co-located 129Xe and 131Xe nuclear spin masers with external feedback scheme, Physics Letters A., 2018, vol. 382, no.8, pp. 588–594.Inoue, T., et al., Frequency characteristics of nuclear spin oscillator with an artificial feedback toward search for 129 Xe atomic electric dipole moment, The European Physical Journal D., 2016, vol. 70, no. 6, p. 129.Inoue, T., et al., Frequency characteristics of nuclear spin oscillator with an artificial feedback toward search for 129 Xe atomic electric dipole moment, The European Physical Journal D., 2016, vol. 70, no. 6, p. 129.Кулаченков Н.К., Шевченко А.Н., Безмен Г.В. Исследование магнитных экранов с использованием современных методов проектирования // Навигация и управление движением. Материалы ХVIII конференции молодых ученых с международным участием. 2016. С. 678–682.Кулаченков Н.К., Шевченко А.Н., Безмен Г.В. Исследование магнитных экранов с использованием современных методов проектирования // Навигация и управление движением. Материалы ХVIII конференции молодых ученых с международным участием. 2016. С. 678–682.Шевченко А.Н., Захарова Е.А. Методика формирования требований к градиенту магнитного поля при определении метрологических характеристик ячеек ядерного магнитного гироскопа // Альманах научных работ молодых ученых университета ИТМО. XLVII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО. СПб., 2018. С. 176–179.Шевченко А.Н., Захарова Е.А. Методика формирования требований к градиенту магнитного поля при определении метрологических характеристик ячеек ядерного магнитного гироскопа // Альманах научных работ молодых ученых университета ИТМО. XLVII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО. СПб., 2018. С. 176–179.Шевченко А.Н., Кузьмин А.Г., Титов Ю.А. Масс-спектрометрическое измерение состава газовых смесей в ячейках квантового датчика вращения // Научное приборостроение. 2018. Т. 28. №2. С. 62–68.Шевченко А.Н., Кузьмин А.Г., Титов Ю.А. Масс-спектрометрическое измерение состава газовых смесей в ячейках квантового датчика вращения // Научное приборостроение. 2018. Т. 28. №2. С. 62–68.Шевченко А.Н., Захарова Е.А. Исследование зависимости качества резонанса от распределения цезия в ячейке квантового датчика вращения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. №.4. С. 567–573.Шевченко А.Н., Захарова Е.А. Исследование зависимости качества резонанса от распределения цезия в ячейке квантового датчика вращения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. №.4. С. 567–573.Вершовский А. К. и др. Влияние поляризационных характеристик пробного излучения на сигнал оптически детектируемого магнитного резонанса в магнитометрических и гироскопических квантовых датчиках // Письма в Журнал технической физики. 2019. Т. 45. №. 20. С. 3–6.Вершовский А. К. и др. Влияние поляризационных характеристик пробного излучения на сигнал оптически детектируемого магнитного резонанса в магнитометрических и гироскопических квантовых датчиках // Письма в Журнал технической физики. 2019. Т. 45. №. 20. С. 3–6.Малеев Н.А., Блохин С.А., Бобров М.В., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М. Устинов В.М. Источник лазерного излучения для компактного гироскопа на эффекте ЯМР // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №1. С. 81–92.Малеев Н.А., Блохин С.А., Бобров М.В., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М. Устинов В.М. Источник лазерного излучения для компактного гироскопа на эффекте ЯМР // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №1. С. 81–92.Попов Е.Н., Баранцев К.А., Ушаков Н.А., Литвинов А.Н., Лиокумович Л.Б., Шевченко А.Н., Скляров Ф.В., Медведев А.В. Характер сигнала оптической схемы квантового датчика вращения на основе ядерного магнитного резонанса // Гироскопия и навигация. 2018. №1 (100). С. 93–106.Попов Е.Н., Баранцев К.А., Ушаков Н.А., Литвинов А.Н., Лиокумович Л.Б., Шевченко А.Н., Скляров Ф.В., Медведев А.В. Характер сигнала оптической схемы квантового датчика вращения на основе ядерного магнитного резонанса // Гироскопия и навигация. 2018. №1 (100). С. 93–106.Popov, E.N., et al., The Frequency Shifts of the Nuclear Magnetic Momenta Larmor Precession in the Mixture of Two Noble Gases, Applied Magnetic Resonance, 2017, vol. 48, no. 8, pp. 761–770.Popov, E.N., et al., The Frequency Shifts of the Nuclear Magnetic Momenta Larmor Precession in the Mixture of Two Noble Gases, Applied Magnetic Resonance, 2017, vol. 48, no. 8, pp. 761–770.Попов Е.Н., Баранцев К.А., Литвинов А.Н., Курапцев А.С., Воскобойников С.П., Устинов С.М., Ларионов Н.В., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А., Шевченко А.Н. Частотная линия ядерного магнитного резонанса в квантовом датчике вращения: негативное влияние схемы детектиро- вания // Гироскопия и навигация. 2016. №4 (95). С. 3–13.Попов Е.Н., Баранцев К.А., Литвинов А.Н., Курапцев А.С., Воскобойников С.П., Устинов С.М., Ларионов Н.В., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А., Шевченко А.Н. Частотная линия ядерного магнитного резонанса в квантовом датчике вращения: негативное влияние схемы детектиро- вания // Гироскопия и навигация. 2016. №4 (95). С. 3–13.Белов Л. и др. Формирование колебаний и сигналов: учебник для бакалавриата и магистратуры. 2-е изд., пер. и доп. М.: Издательство «Юрайт», 2018.Белов Л. и др. Формирование колебаний и сигналов: учебник для бакалавриата и магистратуры. 2-е изд., пер. и доп. М.: Издательство «Юрайт», 2018.Абубакиров Э.Б., Конюшков А.П. О мягком и жестком режимах генерации в лампе обратной волны // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 2010. Т. 53. С. 645–651.Абубакиров Э.Б., Конюшков А.П. О мягком и жестком режимах генерации в лампе обратной волны // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 2010. Т. 53. С. 645–651.Белов Л.А., Богачев В.М., Благовещенский М.В. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1994.Белов Л.А., Богачев В.М., Благовещенский М.В. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1994.Медиченко М.П., Литвинов В.П. Радиотехнические цепи и сигналы: учебное пособие. М.: Изд- во МГОУ, 2011.Медиченко М.П., Литвинов В.П. Радиотехнические цепи и сигналы: учебное пособие. М.: Изд- во МГОУ, 2011.Küpfmüller, K., Über die Dynamik der selbsttätigen Verstärkungsregler (On the dynamics of automatic gain controllers), Elektrische Nachrichtentechnik, 1928, vol. 5, no. 11, s. 459–467.Küpfmüller, K., Über die Dynamik der selbsttätigen Verstärkungsregler (On the dynamics of automatic gain controllers), Elektrische Nachrichtentechnik, 1928, vol. 5, no. 11, s. 459–467.Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. Устройства приема и обработки сигналов: учебное пособие. Ч. 3. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001. 52 с.Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. Устройства приема и обработки сигналов: учебное пособие. Ч. 3. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001. 52 с.Фомин Н.Н. и др. Радиоприемные устройства: учебник для вузов. 3-е издание, стереотип. М., 2007. 520 с.Фомин Н.Н. и др. Радиоприемные устройства: учебник для вузов. 3-е издание, стереотип. М., 2007. 520 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.