超流體陀螺的驅(qū)動(dòng)機(jī)理和輸出特性研究.pdf

1、超流體陀螺是基于物質(zhì)波的干涉式陀螺儀,它具有高精度的測(cè)量潛力,并且具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),是當(dāng)前高精度陀螺儀領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；诔黧w陀螺的工作原理,論文對(duì)其性能進(jìn)行了理論研究,針對(duì)超流體陀螺存在化學(xué)勢(shì)能差的驅(qū)動(dòng)機(jī)理尚不清楚、量程較小和輸出噪聲較大等關(guān)鍵問題,論文深入開展了超流體陀螺的驅(qū)動(dòng)機(jī)理和輸出特性研究。
　　為確保超流體陀螺在工作中的穩(wěn)定性,論文研究了其化學(xué)勢(shì)能差的驅(qū)動(dòng)機(jī)理。在分析了化學(xué)勢(shì)能差產(chǎn)生過程的基礎(chǔ)上,分別構(gòu)建了壓力驅(qū)動(dòng)

2、和熱驅(qū)動(dòng)時(shí)超流體陀螺的數(shù)學(xué)模型。對(duì)模型的仿真表明,壓力驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)不斷增大靜電力使得薄膜向電極的方向運(yùn)動(dòng),但受到薄膜最大位移的限制,壓力驅(qū)動(dòng)方式只能短時(shí)間工作;熱驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)把加熱量的范圍控制在其臨界值和最大值之間,由于沒有物理參數(shù)受到極限數(shù)值的限制,熱驅(qū)動(dòng)方式可以長期工作。
　　為擴(kuò)展超流體陀螺的量程,論文提出了幅值鎖定法和全程監(jiān)測(cè)法。幅值鎖定法改進(jìn)了已有的相移鎖定法,避免熱相移超出極限值。全程監(jiān)測(cè)法不依賴于熱相移,該方法通過調(diào)整面積矢

3、量方向,避免了工作點(diǎn)到達(dá)盲點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超流體陀螺工作點(diǎn)的全程監(jiān)測(cè),是擴(kuò)展超流體陀螺量程的新思路。仿真試驗(yàn)表明,基于這兩種方法,超流體陀螺的量程不再受到限制。
　　論文以熱驅(qū)動(dòng)方式和基于幅值鎖定法的超流體陀螺為對(duì)象,首次系統(tǒng)研究了其輸出噪聲的特性?；趯?duì)輸出噪聲產(chǎn)生原因的分析,把輸出噪聲的類型歸納為熱、隨機(jī)旋轉(zhuǎn)角振動(dòng)、溫度波動(dòng)、頻率波動(dòng)、隨機(jī)線振動(dòng)和檢測(cè)元件噪聲,并構(gòu)建了各類型輸出噪聲以及由它們共同形成的總輸出噪聲的數(shù)學(xué)模型。數(shù)值

4、分析結(jié)果表明,熱、隨機(jī)旋轉(zhuǎn)角振動(dòng)、溫度波動(dòng)、頻率波動(dòng)噪聲對(duì)總輸出噪聲影響很小,總輸出噪聲主要由隨機(jī)線振動(dòng)噪聲和檢測(cè)元件噪聲所決定;在角速度變化量的范圍內(nèi),總輸出噪聲在1個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)呈現(xiàn)先減小、再增大的變化規(guī)律;在約瑟夫森頻率的范圍內(nèi),輸出噪聲總體上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),在1Hz的帶寬下,其變化范圍在負(fù)8到負(fù)6次方數(shù)量級(jí)之間,但局部上出現(xiàn)了負(fù)4次方數(shù)量級(jí)的尖峰值。
　　為開發(fā)超流體陀螺高精度的潛力,在分析輸出噪聲對(duì)超流體陀螺測(cè)量精度影

5、響的基礎(chǔ)上,論文通過對(duì)熱噪聲和總輸出噪聲數(shù)學(xué)模型的分析,研究了超流體陀螺熱噪聲和總輸出噪聲抑制方法。仿真試驗(yàn)表明,增加微孔數(shù)量、采用超流體管路的多圈環(huán)繞技術(shù)和設(shè)計(jì)可隔離頻率的振動(dòng)隔離系統(tǒng)等方法,可有效地抑制超流體陀螺的熱噪聲和總輸出噪聲。最后基于以上的研究成果,論文提出了新型超流體陀螺的結(jié)構(gòu)方案。仿真試驗(yàn)表明,在1Hz的帶寬下,新型超流體陀螺的熱噪聲為負(fù)10次方數(shù)量級(jí),總輸出噪聲在負(fù)8次方數(shù)量級(jí)以內(nèi)。因此新型超流體陀螺具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)