一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置制造方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】一种基于压力相移辅助的超流体陀螺装置
【技术领域】
[0001]本发明属于高精度陀螺仪的【技术领域】，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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]本发明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。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]—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；
[0008]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；[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]下开口腔内设有加热器，所述的加热器被热驱动系统控制。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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Λ φρ = 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。
[0016]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
【权利要求】
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。
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: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。
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: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。
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:下开口腔内设有加热器，所述的加热器被热驱动系统控制。
5.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。
6.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测量角速度值的方法，其特征在于: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。
7.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测量角速度值的方法，其特征在于: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Λ ctp = 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。
8.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测量角速度值的方法，其特征在于: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
9.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测量角速度值的方法，其特征在于: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△ Φρ，抵消角速度产生的萨格纳克相移△ ，使得超流体相移△ ^^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:
【文档编号】G01C19/64GK103954273SQ201410112605
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】郑睿, 赵伟, 刘建业, 谢征, 聂威 申请人:南京航空航天大学