一種基于光波熱補償?shù)某黧w陀螺裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新型超高精度量子陀螺技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于基于約瑟夫森效應(yīng)的超流 體陀螺方案設(shè)計。 技術(shù)背景
[0002] 陀螺作為主要的慣性導(dǎo)航儀器，自19世紀(jì)末出現(xiàn)至今，在軍、民用領(lǐng)域都發(fā)揮著 重要的作用。傳統(tǒng)陀螺工作原理是通過機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動來產(chǎn)生動量矩敏感陀螺相對慣性空間 的角運動。隨著光學(xué)技術(shù)的成熟，運用光學(xué)干涉效應(yīng)的新型陀螺應(yīng)運而生，這種基于新機理 的典型陀螺有激光陀螺和光纖陀螺。在陀螺儀受到人們重視并得到廣泛應(yīng)用的同時，人們 開始試圖尋找更高精度、更高靈敏度的導(dǎo)航儀器。近年來隨著低溫技術(shù)的興起，基于低溫物 理量子理論的陀螺開始進入人們視線，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的超流體陀螺開始進入人們的 視野。
[0003] 由美國加州大學(xué)Berkeley提出的4He超流體交流約瑟夫效應(yīng)的雙弱連接超流體 陀螺在精度、體積、溫度要求和受噪聲影響等方面具有巨大的優(yōu)勢。該裝置的靈敏度在理論
在同樣敏感面積條件下約比光纖陀螺的靈敏度高9~10個數(shù)量 級。該類型陀螺在物理基礎(chǔ)與實驗驗證方面取得了不小的進展，但整個研究工作仍處于初 期階段。4He超流體交流約瑟夫森效應(yīng)的雙弱連接超流體陀螺原理在高靈敏度和量程范圍 間存在著矛盾。針對這一問題，現(xiàn)有的方法通過事先設(shè)定工作點相位，通過熱相位注入實現(xiàn) 熱補償，但是熱相位注入采用的是銅鎳加熱電阻，其升溫過程實際上可近似為一階慣性環(huán) 節(jié)，則熱相位的注入將存在慣性延遲，這將直接導(dǎo)致超流體陀螺的幅值不能鎖定在目標(biāo)位 置，甚至出現(xiàn)超流體陀螺系統(tǒng)的失穩(wěn)，直接影響超流體陀螺的檢測精度和動態(tài)性能。雖然理 論上可以通過智能控制算法，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，減小溫升滯后對陀螺系統(tǒng)測量的影響， 但始終不能從根本上解決加熱電阻溫升滯后問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服超流體幅值鎖定方法中，采用加熱銅鎳電阻進行 熱相位注入存在的慣性延遲對超流體陀螺的穩(wěn)定性及精度的影響，提出了一種基于光波熱 補償?shù)某黧w陀螺裝置，通過將期望薄膜幅值和薄膜位移檢測幅值進行比較處理，控制輸 出一定功率的紅外光用于實現(xiàn)超流體的溫升，從而實現(xiàn)熱相位的注入補償，有效減小熱相 位注入的延遲時間，提高超流體陀螺的測量精度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于光波熱補償?shù)某黧w陀螺裝置，包括熱驅(qū)動 系統(tǒng)、環(huán)形腔干涉系統(tǒng)、位移檢測系統(tǒng)、控制處理系統(tǒng)、熱補償系統(tǒng)；
[0006] 環(huán)形腔干涉系統(tǒng)包括環(huán)形干涉回路，所述的環(huán)形干涉回路內(nèi)充滿超流體，其特征 在于：在環(huán)形干涉回路上端設(shè)有環(huán)形腔上開口端，與熱驅(qū)動裝置相連；在環(huán)形干涉回路下 端設(shè)有環(huán)形腔下開口端，與柔性薄膜相連；在環(huán)形干涉回路側(cè)端設(shè)有環(huán)形腔支路端，與熱補 償裝置相連；在環(huán)形干涉回路對稱位置設(shè)有左弱連接隔板和右弱連接隔板；
[0007]位移檢測系統(tǒng)包括超導(dǎo)鉛膜金屬涂層、電極板和超導(dǎo)檢波線圈；所述超導(dǎo)鉛膜金 屬涂層用于表征薄膜的位移變化，當(dāng)薄膜產(chǎn)生位移時，帶動超導(dǎo)鉛膜運動；電極板用于產(chǎn)生 初始電場，薄膜位移變化導(dǎo)致鉛膜與電極板之間的磁場發(fā)生改變；超導(dǎo)檢波線圈用于檢測 磁通變化，進而間接得到薄膜的位移量；
[0008]控制處理系統(tǒng)包括控制器、激光器和分光器組成，所述控制器用于將檢測到的薄 膜位移幅值與期望幅值比較，生成控制量；所述激光器用于接收控制指令，發(fā)射具有一定頻 率的紅外光波；所述分光器用于產(chǎn)生熱補償系統(tǒng)的加熱光和生成對應(yīng)觸發(fā)器的開關(guān)信號。
[0009]熱驅(qū)動系統(tǒng)，左側(cè)設(shè)有銅鎳加熱電阻，右側(cè)設(shè)有薄銅片調(diào)溫槽，下側(cè)設(shè)有開口腔， 下開口腔與裝有左弱連接隔板和右弱連接隔板的環(huán)形干涉回路的上開口端相連。熱補償系 統(tǒng)，左側(cè)設(shè)有薄銅片調(diào)溫槽，下側(cè)設(shè)有開口腔和開關(guān)閥門，所述開關(guān)閥門在光波的觸發(fā)下呈 開狀態(tài)。
[0010] 超流體陀螺裝置在受到外界角速度輸入影響下在環(huán)形回路中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動相
面積，1114為4He的原子質(zhì)量；n為常流體的粘度，P"為常流體密度，P為總的流體密度，AT為光波熱效應(yīng)引起管路內(nèi)的溫度差，S是單位質(zhì)量的熵，1是管路長度，R是管路寬度。
[0011] 控制處理系統(tǒng)通過控制熱補償系統(tǒng)的補償熱相位A(})lasCT，抵消由外界輸入角速 度引起的轉(zhuǎn)動相位A(i)s，使得環(huán)形回路內(nèi)的超流體相位A(J)all保持恒定，則超流體質(zhì)量流 量幅值I= 2NI。。Icos(A(}> all)I恒定，式中，N為微孔數(shù)目，I。。為超流體臨界流量，則測量
[0012] 本發(fā)明的方案與現(xiàn)有方案相比，主要優(yōu)點在于：
[0013]現(xiàn)有的超流體陀螺幅值鎖定方案采取銅鎳電阻加熱來實現(xiàn)熱相位注入，由于電阻 溫升延遲存在，不易精確控溫，本發(fā)明采用紅外加熱，溫度控制容易、不需要暖機，并較具安 全性且具有穿透力，能內(nèi)外同時加熱，熱慣性小且升溫迅速，便于快速感知外界角速度的變 化，靈敏度更高，同時有效減小了熱相位注入的延遲時間，相比基于銅鎳加熱電阻補償?shù)某?流體陀螺裝置，其幅值鎖定效果更好，提高了陀螺的測量精度和動態(tài)性能。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于光波熱補償超流體陀螺裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為熱補償裝置的原理圖。 具體實施方案
[0016] 如圖1所示，該光波熱補償超流體陀螺裝置，包括熱驅(qū)動系統(tǒng)、環(huán)形腔干涉系統(tǒng)、 位移檢測系統(tǒng)、控制處理系統(tǒng)、熱補償系統(tǒng)。其特征在于：熱驅(qū)動系統(tǒng)主要包括，銅鎳加熱 電阻1和薄銅片調(diào)溫槽2,環(huán)形腔干涉系統(tǒng)包括環(huán)形干涉回路3、環(huán)形腔上開口端4、環(huán)形腔 下開口端5和環(huán)形腔支路端6,左弱連接隔板7和右弱連接隔板8,其中環(huán)形腔上開口端與 熱驅(qū)動系統(tǒng)相連，下開口端安裝柔性薄膜9,環(huán)形腔支路端與熱補償系統(tǒng)組成，通過加熱電 阻使得弱連接兩端產(chǎn)生溫度差和壓力差，驅(qū)動超流體流過隔板的若連接處，發(fā)生約瑟夫森 效應(yīng)，此時薄膜以固定幅值振蕩，當(dāng)外界輸入角速度存在時，薄膜幅值將被角速度信息調(diào)制 發(fā)生改變。位移檢測系統(tǒng)由薄膜表面的超導(dǎo)鉛膜金屬涂層10、電極板11和超導(dǎo)檢波線圈 12組成，