基于压力和热相移的超流体陀螺量程扩展研究

发布时间：2017-07-07 22:11

  本文关键词：基于压力和热相移的超流体陀螺量程扩展研究

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【摘要】：超流体陀螺是以低温物理学为理论基础的新型陀螺。超流体干涉陀螺利用物质波干涉而具有显著的技术优势从而成为超流体陀螺的主要发展方向。超流体陀螺在国内外学者们的长期研究下已经取得一定成果,但是仍然存在性质与技术方面的问题需要解决。论文针对超流体陀螺的驱动原理、超流氦传热机理和新的量程扩展方案展开了深入研究。论文首先对超流氦的性质以及超流体干涉陀螺的基本原理进行了研究,以美国研究学者Packard团队的陀螺为模型,对超流体陀螺的各个模块的工作原理进行了详细研究,并且建立相应的数学模型,并提出可能存在的关键问题。通过对超流体陀螺驱动机理的研究,对超流体陀螺的压力驱动和热驱动方式进行建模,并对驱动过程中的流量和薄膜位移等参数进行了建模,构成了驱动工作中的驱动模型、流量模型和薄膜位移模型,并仿真了两种驱动方式下的超流体陀螺各参数变化规律,对两种驱动方式进行分析,得出两种驱动方式都可以产生恒定的化学势能差,保证超流体进行稳定的约瑟夫森振荡,令超流体陀螺能够稳定工作,稳定振荡的流量和薄膜位移是超流体陀螺量程扩展的基础,所以对驱动系统的研究为量程扩展研究的基础。量程扩展系统为超流体陀螺中的重要模块,为超流体陀螺的主要组成部分。由于量程扩展系统中使用加热热阻的方式进行热相移注入,所以量程扩展系统与超流氦传热机理具有紧密联系。通过对量程扩展系统和超流氦传热机理的综合研究可以得出结论,热相移的注入并非瞬时完成,存在的延迟会很大程度上影响超流体陀螺的性能,所以需要对超流氦传热机理进行深入研究并探究新的量程扩展方案解决时延问题。为了解决热相移注入时延,论文提出了基于压力和热相移协同作用的量程扩展方案。利用薄膜拉扯驱动热管中的超流体产生压力相移,利用加热热阻产生热相移,令两种相移共同实时补偿萨格纳克相移,从而解决热相移时延、薄膜产生压力相移不能长时间工作的问题,提高量程扩展系统性能。论文对两种相移的产生和综合补偿原理进行了建模和仿真,验证方案可行性。最后在该方案的基础上,采用模糊逻辑控制方案改善热相移产生过程的动态性能,缩短了补偿热相移达到目标相移的时间,提高了量程扩展系统的性能。最后仿真验证。
【关键词】：超流体干涉陀螺 交流约瑟夫森效应 超流氦传热 量程扩展系统 压力相移 相移锁定法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 论文研究背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究现状及分析15-19
• 1.2.1 三种基于超流体氦的陀螺15-18
• 1.2.2 超流体陀螺驱动原理研究现状18-19
• 1.2.3 超流体陀螺量程扩展研究现状19
• 1.3 论文的主要内容与结构19-22
• 第二章 超流氦性质及超流体陀螺原理研究22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 超流氦性质研究22-26
• 2.2.1 超流氦的二流体模型22-24
• 2.2.2 超流氦的热机械和机械热效应24-26
• 2.3 超流体陀螺的工作原理研究26-32
• 2.3.1 交流约瑟夫森效应26-28
• 2.3.2 物质波干涉陀螺敏感角速度原理28-30
• 2.3.3 幅值检测原理30-32
• 2.4 超流体陀螺关键问题分析32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 超流体陀螺驱动技术研究34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 压力驱动研究34-41
• 3.2.1 压力驱动数学模型的建立34-38
• 3.2.2 压力驱动模型的仿真与分析38-41
• 3.3 热驱动研究41-46
• 3.3.1 热驱动模型的建立41-43
• 3.3.2 热驱动模型的仿真和分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 量程扩展与超流氦传热机理研究47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 超流体陀螺量程扩展系统研究47-52
• 4.2.1 相移锁定法原理研究47-49
• 4.2.2 量程扩展机理研究49-52
• 4.3 超流氦传热机理研究52-58
• 4.3.1 超流氦的超常导热52-54
• 4.3.2 超流氦传热研究54-58
• 4.4 超流氦传热在量程扩展系统中的作用和影响58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 基于压力和热相移的量程扩展方案研究60-75
• 5.1 引言60
• 5.2 基于压力和热相移的量程扩展方案60-66
• 5.2.1 压力和热相移的产生原理60-64
• 5.2.2 压力相移和热相移综合补偿原理64-66
• 5.3 基于压力和热相移的量程扩展优化方案66-74
• 5.3.1 基于压力和热相移的量程扩展优化方案66-67
• 5.3.2 零点偏置和幅值检测的线性化67-68
• 5.3.3 压力和热相移共同注入的优化方案68-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结和展望75-77
• 6.1 论文主要内容75
• 6.2 论文创新点75-76
• 6.3 后续研究工作和展望76-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及学术论文83

【参考文献】

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本文编号：532005