超导重力仪器温度效应研究

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1、分类号学号M201270180学校代码10487密级硕士学位论文超导重力仪器温度效应研究学位申请人：胡咸军学科专业：精密测量物理指导教师：陈亮副教授答辩日期：2015.05.27AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchontemperatureeffectinSuperconductingGravityInstrumentsCandidate:XianjunHuMajor:PrecisionMeasurementPhysicsSu

2、pervisor:AssociateProf.LiangChenHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文

3、的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属不保密□。于（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要超导重力仪器虽然具有系统热噪声低、材料机械稳定性好等优点，但是极易受温度波动的影响，温度波动是超导重力仪器低频噪声的主要来源之一。温度对超导重力仪器的影响主要来自两个方面：首先，SQUID中超导

4、约瑟夫森结的临界电流是温度的函数，导致SQUID的输出随温度变化；其次，由于超导体中磁场穿透深度是温度的函数，因此靠近超导体的感应线圈的有效电感随温度变化。为了明确超导重力仪器的温度稳定性需求，本文对超导重力仪器的温度效应进行了系统的测试。精确地温度控制和调制是进行超导重力仪器温度效应测试的前提，采用多级被动热隔离加主动PID控制，24h内实验空间的温度可稳定在±200µK范围。实验空间的温度可在4.2K~5.0K之间进行调节，并且压力水平可以根据实验需求进行调节。在4.2K~4.7K之间对SQUID噪声水平进行了测试，结果显示，只要温度足够稳定，SQUID噪声水平不随它工作

5、的温度改变。然而SQUID的输出受温度的影响，实验测得SQUID的输出与温度的关系为(0.14±0.01)Φ0/K，相当于超导重力仪的输出随温度的变化为(0.014±0.001)ng/mK。设计了一套超导电路用来测试超导感应线圈的温度效应，实验测得感应线圈的有效电感与温度的关系为(2.37±0.07)nH/K，如果线圈用来测量超导重力仪器中检验-7质量的位移，相当于温度引起的位移为(1.38±0.04)×10m/K。根据上面的实验结果，对超导重力仪器温度效应进行估算，对于固有频率4Hz的重力仪，要达到1ng分辨率，温度需控制稳定在115µK范围内；基线长0.2m的梯度仪要达到

6、1E的分辨率，温度梯度需控制在10µK/m内。关键词：温度控制SQUID温度效应穿透深度I华中科技大学硕士学位论文AbstractAlthoughsuperconductinggravityinstrumentshavetheadvantagesoflowthermalnoiseandextrememechanicalstability,theyaresensitivetotemperaturefluctuation.Temperaturefluctuationisoneofthemainsourcesoflowfrequencynoiseofsuperconductingg

7、ravityinstruments.Thetemperaturecanaffecttheinstrumentoutputintwoways:firstly,thecriticalcurrentofJosephsonjunctionsinSQUIDandthusthetransferfunctionoftheinstrumentaretemperaturedependent;secondly,thepenetrationdepthofasuperconductorvarieswithtemperature