超导重力仪器温度效应研究

发布时间：2017-10-12 16:17

  本文关键词：超导重力仪器温度效应研究

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【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质量的位移,相当于温度引起的位移为(1.38±0.04)×10-7m/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
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 重力测量的意义及其发展9-10
• 1.2 超导重力仪器测量原理10-11
• 1.3 温度对超导探测系统的影响11-13
• 1.4 研究目标13-14
• 2 温度控制14-27
• 2.1 方案设计14-16
• 2.2 热传导理论16-18
• 2.3 实验空间传热分析18-20
• 2.4 加热线的选择20-21
• 2.5 温度控制21-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 SQUID温度效应27-36
• 3.1 SQUID工作原理27-29
• 3.2 SQUID本底噪声测试29-33
• 3.3 SQUID输出的温度效应测试33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 超导感应线圈温度效应36-59
• 4.1 超导加速计分析36-39
• 4.2 温度对超导感应线圈的影响分析39-42
• 4.3 实验中低温部件制作42-52
• 4.4 超导感应线圈温度效应测试52-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 总结与展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录1硕士期间成果65-66
• 附录2低温真空密封接头66-67
• 附录3低温真空样品杆67

【参考文献】

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本文编号：1019706