超流体物质波干涉陀螺仪的噪声研究_赵伟

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1、超流体物质波干涉陀螺仪的噪声研究_赵伟航空学报Jan.252012Vol.33No.XXX-XXActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000-6893CN11-1929/Vhttp://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn文章编号:1000-6893（2012）XX-XXXX-XX超流体物质波干涉陀螺仪的噪声研究赵伟1,*，郑睿1,2，刘建业1，谢征11.南京航空航天大学自动化学院导航研究中心，江苏南京2100162.安徽工业大学电气信息学院，安徽马鞍山243002摘要：1赫兹的带宽下，其变化范围为负7到负6次方的数量级。

2、关键词：超流体；陀螺仪；物质波；干涉；噪声中图分类号：V241.5；U666.1[3]。可形成干涉并检测旋转。由于在同等的感应面积的条件下，物质波干涉对旋转的灵敏度是光波干涉的约1010倍[4]，因此利用物质波干涉原理可以-------------------------------------------------------------------------开发下一代高精度陀螺仪。2005年，Hoskinson等[5]发现了超流体4He的物质波。在此之后，研究者们积极尝试了利用超流体物质波的干涉检测旋转，并研制了对旋转有高度灵敏性的4He物质波干涉仪[6-10]。然而这些研究还处于—

3、——————————————————————————————————————————————原理验证的阶段，为开发高精度的超流体物质波干涉型陀螺仪(简称超流体陀螺)，仍需要开展相关的基础性研究。近年来，学术界已有一些针对超流体陀螺的研究工作[11-15]，但是现有的研究较少涉及到该陀螺的噪声[16]，而陀螺仪的精度与其噪声密切相关。为充分开发超流体陀螺高精度的潜力，目前收稿日期：2012-05-23；退修日期：2012-11-02；录用日期：2012-11-28；网络出版时间：2012-12-0715:15网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1

4、929.V.20121207.1515.002.htmlDOI：基金项目：国家自然科学基金(基金号61074162；教育部博士点基金（基金号200802870011）*通讯作者.Tel.：025-84892304-804E-mail:zhwac@nuaa.edu.cn引用格式：ZhaoW,ZhengR,LiuJY,etal.Researchonthenoisesofsuperfluidmatterwaveinterferencegyroscope.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2012,33(x):xxx-xxx.赵伟，郑睿，刘建业，等．超流体物质波

5、干涉陀螺仪的噪声研究．航空学报,2012,33(x):xxx-xxx.2航空学报Jan.252012Vol.33No.X迫切需要对该陀螺的噪声进行系统研究。本文根据超流体陀螺的工作原理，研究了该陀螺噪声产生的机理，在此基础上，对超流体陀螺的噪声开展了理论研究和数值分析。κ4=h/m4，m4是4He原子质量。设Im为干涉流量的幅值，I———————————————————————————————————————————————与Δφ的关系是[6]：ΔφIm=I=IctF(e(3)1超流体陀螺噪声产生的机理在化学势能差Δμ的作用下，超流体在弱连接处发生约瑟夫森振荡效应，产生物质波[5]：ΔμI=

6、Icsin(Δφ)=Icsin(2πt)=Icsin(2πfJt)(1)h式(1)中，IIc为I式(3)中，Ict=Ic1+Ic2是双弱连接的非对称因子。利用超流体流过弱连接引起薄膜位移变化的物理现象，对薄膜位移x进行检测，设x频谱中fJ频率的幅值为xm，那么[6]：xm=Im/2πρafJ(4)、m，的变Im(5)为2，γ=(Ic1?Ic2)/(Ic1+Ic2)I1和I2。设Δφ1与Δφ2Δφe=Δφ12sh??式(2)中，Δφs表示?产生的萨格纳克相移，Δφh??表示图1中由热阻R2的加热产生的热相移，A为????感应面积矢量，?iA=ΩAcosθ，Ω和A是矢量??———————————

7、————————————————————————————————————的大小，θ是矢量见的夹角，其中?方向为旋转??轴指向，A方向是感应面积法线方向，κ4h图2超流体陀螺的信息转换与传递过程Fig.2Theprocessofinformationconvertingandtransferringofsuperfluidgyroscope如果在信息传递的过程中未产生噪声，那么δΩd=δΩ。而物理量转换环节中存