一種基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，屬于高精度陀螺儀的【技術(shù)領(lǐng)域】，所述超流體裝置包括壓力相移輔助的超流體干涉儀、溫度控制系統(tǒng)、熱驅(qū)動系統(tǒng)、薄膜位移檢測系統(tǒng)、幅值鎖定系統(tǒng)。本發(fā)明根據(jù)壓力相移的產(chǎn)生原理，設(shè)計了壓力相移輔助的超流體干涉儀，有效減小了超流體陀螺的動態(tài)測量誤差，提高了超流體陀螺的測量精度。
【專利說明】一種基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高精度陀螺儀的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及超流體物質(zhì)波干涉式陀螺儀，尤其涉及一種基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有不依賴外界信息，和不向外部輻射能量的突出優(yōu)點，是發(fā)展各類飛機、導(dǎo)彈、艦船、機器人、兵器等高性能裝備的關(guān)鍵技術(shù)之一。陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)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(dǎo)航系統(tǒng)的精度有決定性的作用。運用物理學(xué)、材料學(xué)和電子技術(shù)等學(xué)科的先進技術(shù)，提高陀螺儀的精度，一直是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)研究的重點?；谒_格納克效應(yīng)，物質(zhì)波干涉對旋轉(zhuǎn)具有極高的靈敏度，因此利用物質(zhì)波干涉可以開發(fā)新一代高精度陀螺儀。
[0003]超流體陀螺是物質(zhì)波干涉式陀螺儀的一種。由于隨著超流體相移的變化，總流量幅值呈現(xiàn)周期性變化，因此當(dāng)超流體相移完全由角速度引起的薩格納克相移決定時，超流體陀螺的量程極小。為了擴展超流體陀螺的量程，當(dāng)前一般采用對加熱器通入電流的方法，注:該加熱器與摘要附圖中的加熱器不同，是設(shè)置在上腔內(nèi)的另一加熱器；在超流體陀螺中注入熱相移，抵消薩格納克相移變化，由此鎖定超流體相移和總流量幅值，避免了總流量幅值的周期性變化。這種類型的超流體陀螺稱為基于熱相移輔助的超流體陀螺。
[0004]但是，加熱量不能瞬間達(dá)到設(shè)定值，而是需要歷經(jīng)一個過程，因此熱相移不能實時注入，也就相當(dāng)于在幅值鎖定系統(tǒng)中增加了慣性環(huán)節(jié)。慣性環(huán)節(jié)的加入給幅值鎖定系統(tǒng)增加了閉環(huán)零點，減小了系統(tǒng)的阻尼，使得整個系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)，會引起系統(tǒng)的輸出振蕩。因此，當(dāng)角加速度變化時，需要注入的熱相移發(fā)生了變化，那么慣性環(huán)節(jié)會引起系統(tǒng)的輸出振蕩，角速度的測量值會出現(xiàn)很大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的上述問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，其采用電極吸引薄膜的方式，可以使得超流體中產(chǎn)生壓力差，由此也能在超流體陀螺中產(chǎn)生一種相移，即壓力相移。而且，壓力差達(dá)到設(shè)定值僅需要約零點幾毫秒，比加熱量達(dá)到設(shè)定值的時間少了約2個數(shù)量級。前述基于壓力相移輔助的超流體陀螺，就可以減小超流體陀螺動態(tài)測量誤差，提高超流體陀螺的測量精度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，包括超流體干涉儀、溫度控制系統(tǒng)、熱驅(qū)動系統(tǒng)、薄膜位移檢測系統(tǒng)、幅值鎖定系統(tǒng)；
[0008]超流體干涉儀包括超流體管路，所述的超流體管路內(nèi)充滿超流體，所述的超流體管路包括環(huán)形腔，環(huán)形腔下端連通有下開口腔，下開口腔的開口端設(shè)有下腔薄膜，在環(huán)形腔的上端連通有上開口腔，上開口腔的開口端設(shè)有上腔薄膜，且上腔薄膜的表面涂有超導(dǎo)薄層，在所述的上腔薄膜的兩側(cè)分別設(shè)有左電極和右電極；[0009]幅值鎖定系統(tǒng)包括薄膜位移檢測系統(tǒng)、比較器和處理器；所述薄膜位移檢測系統(tǒng)用于檢測下腔薄膜的位移幅值；所述比較器用于接收薄膜位移檢測系統(tǒng)檢測到的下腔薄膜位移幅值，并與設(shè)定幅值進行比較，然后將對比結(jié)果信號傳送給處理器，處理器根據(jù)比較器傳送的信號控制左電極或右電極。
[0010]所述的下開口腔為倒T型；所述的上開口腔為正T型，上開口腔的開口端設(shè)置在上開口腔的橫向腔的一端。
[0011]在環(huán)形腔的橫軸上對稱設(shè)有左硬隔板和右硬隔板；在所述的左硬隔板處設(shè)有左弱連接，在所述的右硬隔板處設(shè)有右弱連接，左硬隔板和右硬隔板以下的部分為下腔，左硬隔板和右硬隔板以上的部分為上腔；上腔內(nèi)設(shè)有用于控制上腔內(nèi)超流體溫度的溫度控制系統(tǒng)。
[0012]下開口腔內(nèi)設(shè)有加熱器，所述的加熱器被熱驅(qū)動系統(tǒng)控制。
[0013]所述薄膜位移檢測系統(tǒng)包括:所述的薄膜位移檢測系統(tǒng)包括:設(shè)在下腔薄膜外側(cè)的稀土金屬，拾波線圈、輸入線圈和超導(dǎo)量子干涉儀。
[0014]根據(jù)基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置測量角速度值的方法，所述溫度控制系統(tǒng)把上腔的超流體溫度控制在2.1616K到2.1716K之間，并且保持恒定。
[0015]在左電極或者右電極上施加電壓，上腔薄膜被靜電力吸引到向左偏移的位置或者向右偏移的位置，上腔中產(chǎn)生壓力相移Λ φρ = kV，其中k表示所述干涉儀上腔的結(jié)構(gòu)系數(shù)，V表示在左電極或者右電極上施加的電壓，并規(guī)定在左電極上施加電壓，V取負(fù)；在右電極上施加電壓V取負(fù)。
[0016]所述熱驅(qū)動系統(tǒng)控制加熱器，Qd表示熱驅(qū)動系統(tǒng)的輸出，則超流體陀螺的化學(xué)
勢能差為
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，包括超流體干涉儀、溫度控制系統(tǒng)、熱驅(qū)動系統(tǒng)、薄膜位移檢測系統(tǒng)、幅值鎖定系統(tǒng)； 超流體干涉儀包括超流體管路，所述的超流體管路內(nèi)充滿超流體，所述的超流體管路包括環(huán)形腔，環(huán)形腔下端連通有下開口腔，下開口腔的開口端設(shè)有下腔薄膜，其特征在于:在環(huán)形腔的上端連通有上開口腔，上開口腔的開口端設(shè)有上腔薄膜，且上腔薄膜的表面涂有超導(dǎo)薄層，在所述的上腔薄膜的兩側(cè)分別設(shè)有左電極和右電極； 幅值鎖定系統(tǒng)包括薄膜位移檢測系統(tǒng)、比較器和處理器；所述薄膜位移檢測系統(tǒng)用于檢測下腔薄膜的位移幅值；所述比較器用于接收薄膜位移檢測系統(tǒng)檢測到的下腔薄膜位移幅值，并與設(shè)定幅值進行比較，然后將對比結(jié)果信號傳送給處理器，處理器根據(jù)比較器傳送的信號控制左電極或右電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，其特征在于:所述的下開口腔為倒T型；所述的上開口腔為正T型，上開口腔的開口端設(shè)置在上開口腔的橫向腔的一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，其特征在于:在環(huán)形腔的橫軸上對稱設(shè)有左硬隔板和右硬隔板；在所述的左硬隔板處設(shè)有左弱連接，在所述的右硬隔板處設(shè)有右弱連接，左硬隔板和右硬隔板以下的部分為下腔，左硬隔板和右硬隔板以上的部分為上腔；上腔內(nèi)設(shè)有用于控制上腔內(nèi)超流體溫度的溫度控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，其特征在于:下開口腔內(nèi)設(shè)有加熱器，所述的加熱器被熱驅(qū)動系統(tǒng)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置，其特征在于:所述薄膜位移檢測系統(tǒng)包括:所述的薄膜位移檢測系統(tǒng)包括:設(shè)在下腔薄膜外側(cè)的稀土金屬，拾波線圈、輸入線圈和超導(dǎo)量子干涉儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置測量角速度值的方法，其特征在于:所述溫度控制系統(tǒng)把上腔的超流體溫度控制在2.1616K到2.1716K之間，并且保持恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置測量角速度值的方法，其特征在于:在左電極或者右電極上施加電壓，上腔薄膜被靜電力吸引到向左偏移的位置或者向右偏移的位置，上腔中產(chǎn)生壓力相移Λ ctp = kV，其中k表示所述干涉儀上腔的結(jié)構(gòu)系數(shù)，V表示在左電極或者右電極上施加的電壓，并規(guī)定在左電極上施加電壓，V取負(fù)；在右電極上施加電壓V取負(fù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置測量角速度值的方法，其特征在于:所述熱驅(qū)動系統(tǒng)控制加熱器，Qd表示熱驅(qū)動系統(tǒng)的輸出，則超流體陀螺的化學(xué)勢能差為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置測量角速度值的方法，其特征在于:幅值鎖定系統(tǒng)的左電極和右電極，在超流體干涉儀中產(chǎn)生壓力相移△ Φρ，抵消角速度產(chǎn)生的薩格納克相移△ ，使得超流體相移△ ^^保持恒定，基于壓力相移輔助的超流體陀螺裝置輸出的角速度測量值為:
【文檔編號】G01C19/64GK103954273SQ201410112605
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】鄭睿, 趙偉, 劉建業(yè), 謝征, 聶威 申請人:南京航空航天大學(xué)