[發明專利]多圈環繞的超流體陀螺裝置

無效

• 申請號: 201310215769.0
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103322997A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 趙偉;鄭睿;劉建業;聶威;謝征;程慶
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明公開了一種多圈環繞的超流體陀螺裝置，屬于高精度陀螺儀的技術領域。

背景技術

慣性導航系統具有不依賴外界信息，也不向外部輻射能量的突出優點，是發展各類飛機、導彈、艦船、機器人、兵器等高性能裝備的關鍵技術之一。陀螺儀是慣性導航系統的核心傳感器，用于敏感運動載體相對慣性空間的角運動，其精度對慣性導航系統的精度有決定性的作用。運用物理學、材料學和電子技術等學科的先進技術，提高陀螺儀的精度，一直是慣性導航系統研究的重點。

基于薩格納克效應，物質波干涉對旋轉具有極高的靈敏度，利用物質波干涉可以開發新一代高精度陀螺儀。

超流體陀螺是物質波干涉式陀螺儀的一種。當角速度的旋轉軸與超流體陀螺的感應面積的法線方向一致時，超流體陀螺能夠敏感該角速度。目前超流體陀螺的感應面積為其管路環繞1圈所形成的閉合面積，大約為10cm²左右。根據目前的感應面積，超流體陀螺的總輸出噪聲為????????????????????????????????????????????????的數量級，熱噪聲為的數量級。

超流體陀螺的總輸出噪聲決定了其分辨率，熱噪聲決定了其極限分辨率。由于超流體陀螺的管路可以多圈環繞，那么其感應面積可因此而擴大，其總輸出噪聲和熱噪聲能被抑制，其精度可進一步提高。

發明內容

本發明提供一種多圈環繞的超流體陀螺裝置，其通過采用超流體管路的多圈環繞技術，擴大了超流體陀螺裝置的感應面積，對其總輸出噪聲和熱噪聲進行了有效抑制，同時本發明超流體陀螺裝置具有更小的分辨率和極限分辨率，提高了其測量精度。

本發明采用如下技術方案：一種多圈環繞的超流體陀螺裝置，其包括有如下結構：

多圈環繞的超流體干涉儀，所述多圈環繞的超流體干涉儀是敏感角速度的核心元件，所述干涉儀的包括超流體管路、薄膜、稀土金屬和弱連接，所述干涉儀中無顏色填充的部分充滿超流體，所述超流體被分為內腔和外腔，所述內腔由薄膜和弱連接構成，在所述外腔中把超流體的管路多圈環繞，其感應面積擴大為，其中表示環繞管路的圈數，表示超流體管路的環繞半徑；

溫度控制系統，所述溫度控制系統把外腔的超流體溫度控制為2.1616K到2.1716K之間的某個值，并且保持恒定；

化學勢能差熱驅動系統，所述化學勢能差驅動系統控制多圈環繞的超流體干涉儀內腔的加熱器，表示化學勢能差驅動系統的輸出，則超流體陀螺的化學勢能差為，并且的范圍應滿足，其中為⁴He原子的質量，為普通流體成分的粘性，為流過雙弱連接處超流性成分流量的最大值，是體積因子，的熵密度，為內外腔之間傳導熱量的等效熱阻，、和分別表示超流體、普通流體成分和超流性成分的密度，，；

位移檢測系統，位移檢測系統的對薄膜的位移進行檢測；

幅值鎖定系統，所述幅值鎖定系統控制所述幅值鎖定系統控制多圈環繞的超流體干涉儀外腔的加熱器，在超流體干涉儀中產生熱相移，抵消角速度產生的薩格納克相移，使得超流體相移保持恒定，表示幅值鎖定控制系統的輸出，則熱相移為，其中是超流體陀螺長度，是環繞管路的橫截面積。

所述多圈環繞的超流體陀螺裝置的總輸出噪聲

其中，是超流體陀螺的總輸出噪聲，是普朗克常數，是薄膜面積，是約瑟夫森頻率，是雙弱連接的非對稱因子，是約瑟夫森感抗，是流過弱連接的最大流量，表示位移檢測系統的總輸出噪聲，是超流體陀螺的測量頻率。

所述多圈環繞的超流體陀螺裝置的分辨率等于所述總輸出噪聲。

所述多圈環繞的超流體陀螺裝置的熱噪聲

??其中，是超流體陀螺的熱噪聲，是玻爾茲曼常數，是弱連接處微孔的數量。

所述多圈環繞的超流體陀螺裝置的極限分辨率等于所述熱噪聲。

本發明具有如下有益效果：

（1）能夠確保超流體陀螺裝置具有穩定的工作狀態，當超流體陀螺裝置管路的環繞圈數為100時，其分辨率為，極限分辨率為；

（2）對比于管路的環繞圈數為1時，其分辨率提高2個數量級，極限分辨率提高1個數量級，其精度得到有效的提高；

（3）相對于同等感應面積的光學陀螺來說，其分辨率比光學陀螺高出約10個數量級。

附圖說明

圖1為本發明多圈環繞的超流體陀螺裝置的結構示意圖。

圖2為本發明多圈環繞的超流體陀螺裝置對總輸出噪聲的抑制效果圖。

圖3為本發明多圈環繞的超流體陀螺裝置對熱噪聲的抑制效果圖。

其中：