一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，属于高精度陀螺仪的技术领域，所述超流体装置包括压力相移辅助的超流体干涉仪、温度控制系统、热驱动系统、薄膜位移检测系统、幅值锁定系统。本发明专利技术根据压力相移的产生原理，设计了压力相移辅助的超流体干涉仪，有效减小了超流体陀螺的动态测量误差，提高了超流体陀螺的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置
本专利技术属于高精度陀螺仪的
，涉及超流体物质波干涉式陀螺仪，尤其涉及一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置。
技术介绍
惯性导航系统具有不依赖外界信息，和不向外部辐射能量的突出优点，是发展各类飞机、导弹、舰船、机器人、兵器等高性能装备的关键技术之一。陀螺仪是惯性导航系统的核心传感器，用于敏感运动载体相对惯性空间的角运动，其精度对惯性导航系统的精度有决定性的作用。运用物理学、材料学和电子技术等学科的先进技术，提高陀螺仪的精度，一直是惯性导航系统研究的重点。基于萨格纳克效应，物质波干涉对旋转具有极高的灵敏度，因此利用物质波干涉可以开发新一代高精度陀螺仪。超流体陀螺是物质波干涉式陀螺仪的一种。由于随着超流体相移的变化，总流量幅值呈现周期性变化，因此当超流体相移完全由角速度引起的萨格纳克相移决定时，超流体陀螺的量程极小。为了扩展超流体陀螺的量程，当前一般采用对加热器通入电流的方法，注：该加热器与摘要附图中的加热器不同，是设置在上腔内的另一加热器；在超流体陀螺中注入热相移，抵消萨格纳克相移变化，由此锁定超流体相移和总流量幅值，避免了总流量幅值的周期性变化。这种类型的超流体陀螺称为基于热相移辅助的超流体陀螺。但是，加热量不能瞬间达到设定值，而是需要历经一个过程，因此热相移不能实时注入，也就相当于在幅值锁定系统中增加了惯性环节。惯性环节的加入给幅值锁定系统增加了闭环零点，减小了系统的阻尼，使得整个系统产生超调，会引起系统的输出振荡。因此，当角加速度变化时，需要注入的热相移发生了变化，那么惯性环节会引起系统的输出振荡，角速度的测量值会出现很大的误差。
技术实现思路
本专利技术需要解决的上述问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，其采用电极吸引薄膜的方式，可以使得超流体中产生压力差，由此也能在超流体陀螺中产生一种相移，即压力相移。而且，压力差达到设定值仅需要约零点几毫秒，比加热量达到设定值的时间少了约2个数量级。前述基于压力相移辅助的超流体陀螺，就可以减小超流体陀螺动态测量误差，提高超流体陀螺的测量精度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，包括超流体干涉仪、温度控制系统、热驱动系统、薄膜位移检测系统、幅值锁定系统；超流体干涉仪包括超流体管路，所述的超流体管路内充满超流体，所述的超流体管路包括环形腔，环形腔下端连通有下开口腔，下开口腔的开口端设有下腔薄膜，在环形腔的上端连通有上开口腔，上开口腔的开口端设有上腔薄膜，且上腔薄膜的表面涂有超导薄层，在所述的上腔薄膜的两侧分别设有左电极和右电极；幅值锁定系统包括薄膜位移检测系统、比较器和处理器；所述薄膜位移检测系统用于检测下腔薄膜的位移幅值；所述比较器用于接收薄膜位移检测系统检测到的下腔薄膜位移幅值，并与设定幅值进行比较，然后将对比结果信号传送给处理器，处理器根据比较器传送的信号控制左电极或右电极。所述的下开口腔为倒T型；所述的上开口腔为正T型，上开口腔的开口端设置在上开口腔的横向腔的一端。在环形腔的横轴上对称设有左硬隔板和右硬隔板；在所述的左硬隔板处设有左弱连接，在所述的右硬隔板处设有右弱连接，左硬隔板和右硬隔板以下的部分为下腔，左硬隔板和右硬隔板以上的部分为上腔；上腔内设有用于控制上腔内超流体温度的温度控制系统。下开口腔内设有加热器，所述的加热器被热驱动系统控制。所述薄膜位移检测系统包括：所述的薄膜位移检测系统包括：设在下腔薄膜外侧的稀土金属，拾波线圈、输入线圈和超导量子干涉仪。根据基于压力相移辅助的超流体陀螺装置测量角速度值的方法，所述温度控制系统把上腔的超流体温度控制在2.1616K到2.1716K之间，并且保持恒定。在左电极或者右电极上施加电压，上腔薄膜被静电力吸引到向左偏移的位置或者向右偏移的位置，上腔中产生压力相移Δφp＝kV，其中k表示所述干涉仪上腔的结构系数，V表示在左电极或者右电极上施加的电压，并规定在左电极上施加电压，V取负；在右电极上施加电压V取负。所述热驱动系统控制加热器，Qd表示热驱动系统的输出，则超流体陀螺的化学势能差为并且Qd的范围应满足Qc<Qd<Qc′，其中m4为4He原子的质量，η为普通流体成分的粘性，Ict为流过双弱连接处超流性成分流量的最大值，β是体积因子，s的熵密度，Rt为内上腔之间传导热量的等效热阻，ρ、ρn和ρs分别表示超流体的密度、普通流体成分的密度和超流性成分的密度，其中：幅值锁定系统的左电极和右电极，在超流体干涉仪中产生压力相移Δφp，抵消角速度产生的萨格纳克相移Δφs，使得超流体相移Δφe保持恒定，基于压力相移辅助的超流体陀螺装置输出的角速度测量值为：式中，κ4＝h/m4，h表示普朗克常数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)在感应面积相同的条件下，基于压力相移辅助的超流体陀螺对角速度的灵敏度比光学陀螺高出约10个数量级，灵敏度更高。(2)压力相移的产生时间比热相移的产生时间减小约2个数量级，反应速度跟快。(3)对于解算角速度的动态测量误差，基于压力相移辅助的超流体陀螺比基于热相移辅助的超流体陀螺减小约3个数量级，更加精确。附图说明图1为本专利技术基于压力相移辅助的超流体陀螺装置的结构示意图；图2为基于热相移辅助的超流体陀螺解算先加速、再匀速、最后加速的角速度时的误差曲线；图3为基于热相移辅助的超流体陀螺解算正弦规律变化的角速度时的误差曲线；图4为本专利技术基于压力相移辅助的超流体陀螺解算先加速、再匀速、最后加速的角速度时的误差曲线；图5为本专利技术基于压力相移辅助的超流体陀螺解算正弦规律变化的角速度时的误差曲线。其中：1、左弱连接；2、右弱连接；3、左硬隔板；4、右硬隔板；5、加热器；6、下腔薄膜；7、稀土金属；8、上腔薄膜；9、向左偏移的上腔薄膜；10、向右偏移的上腔薄膜；11、左电极；12、右电极；13、拾波线圈；14、输入线圈；15、超导量子干涉仪。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选技术方案。如图1所示，一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，包括超流体干涉仪、温度控制系统、热驱动系统、薄膜位移检测系统、幅值锁定系统；超流体干涉仪包括超流体管路，所述的超流体管路内充满超流体，所述的超流体管路包括环形腔，环形腔下端连通有下开口腔，下开口腔的开口端设有下腔薄膜6，在环形腔的上端连通有上开口腔，上开口腔的开口端设有上腔薄膜8，且上腔薄膜8的表面涂有超导薄层，在所述的上腔薄膜8的两侧分别设有左电极11和右电极12；幅值锁定系统包括薄膜位移检测系统、比较器和处理器；所述薄膜位移检测系统用于检测下腔薄膜6的位移幅值；所述比较器用于接收薄膜位移检测系统检测到的下腔薄膜位移幅值，并与设定幅值进行比较，然后将对比结果信号传送给处理器，处理器根据比较器传送的信号控制左电极11或右电极12。所述的下开口腔为倒T型；所述的上开口腔为正T型，上开口腔的开口端设置在上开口腔的横向腔的一端。在环形腔的横轴上对称设有左硬隔板3和右硬隔板4；在所述的左硬隔板3处设有左弱连接1，在所述的右硬隔板4处设有右弱连接2，左硬隔板3和右硬隔板4以下的部分为下腔，左硬隔板3和右硬隔板4以上的部分为上腔；上腔内设有用于控制上腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，包括超流体干涉仪、温度控制系统、热驱动系统、薄膜位移检测系统、幅值锁定系统； 超流体干涉仪包括超流体管路，所述的超流体管路内充满超流体，所述的超流体管路包括环形腔，环形腔下端连通有下开口腔，下开口腔的开口端设有下腔薄膜，其特征在于：在环形腔的上端连通有上开口腔，上开口腔的开口端设有上腔薄膜，且上腔薄膜的表面涂有超导薄层，在所述的上腔薄膜的两侧分别设有左电极和右电极； 幅值锁定系统包括薄膜位移检测系统、比较器和处理器；所述薄膜位移检测系统用于检测下腔薄膜的位移幅值；所述比较器用于接收薄膜位移检测系统检测到的下腔薄膜位移幅值，并与设定幅值进行比较，然后将对比结果信号传送给处理器，处理器根据比较器传送的信号控制左电极或右电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，包括超流体干涉仪、温度控制系统、热驱动系统、薄膜位移检测系统、幅值锁定系统；超流体干涉仪包括超流体管路，所述的超流体管路内充满超流体，所述的超流体管路包括环形腔，环形腔下端连通有下开口腔，下开口腔的开口端设有下腔薄膜，其特征在于：在环形腔的上端连通有上开口腔，上开口腔的开口端设有上腔薄膜，且上腔薄膜的表面涂有超导薄层，在所述的上腔薄膜的两侧分别设有左电极和右电极；幅值锁定系统包括薄膜位移检测系统、比较器和处理器；所述薄膜位移检测系统用于检测下腔薄膜的位移幅值；所述比较器用于接收薄膜位移检测系统检测到的下腔薄膜位移幅值，并与设定幅值进行比较，然后将对比结果信号传送给处理器，处理器根据比较器传送的信号控制左电极或右电极；所述的下开口腔为倒T型；所述的上开口腔为正T型，上开口腔的开口端设置在上开口腔的横向腔的一端。2.根据权利要求1所述的基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，其特征在于：在环形腔的横轴上对称设有左硬隔板和右硬隔板；在所述的左硬隔板处设有左弱连接，在所述的右硬隔板处设有右弱连接，左硬隔板和右硬隔板以下的部分为下腔，左硬隔板和右硬隔板以上的部分为上腔；上腔内设有用于控制上腔内超流体温度的温度控制系统。3.根据权利要求1所述的基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，其特征在于：下开口腔内设有加热器，所述的加热器被热驱动系统控制。4.根据权利要求1所述的基于压力相移辅助的超流体陀螺装置，其特征在于：所述的薄膜位移检测系统包括：设在下腔薄膜外侧的稀土金属，拾波线圈、输入线圈和超导量子干涉仪。5.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑睿，赵伟，刘建业，谢征，聂威，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32