双弱连接结构的高精度超流体陀螺的量程分析 被引量：10

1

作者 谢征 刘建业 +1 位作者 赵伟 冯铭瑜 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期79-83,共5页

基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺研究是当前高性能新原理陀螺技术研究的一个重要方向。低温物理中基于交流约瑟夫森效应敏感转动角速度的典型双弱连接超流体陀螺方案原理上具有高灵敏度的技术优势,从工作原理上来说目前该方案要发展... 基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺研究是当前高性能新原理陀螺技术研究的一个重要方向。低温物理中基于交流约瑟夫森效应敏感转动角速度的典型双弱连接超流体陀螺方案原理上具有高灵敏度的技术优势,从工作原理上来说目前该方案要发展成有实用性陀螺仪面临着量程小这一关键问题,仿真分析表明了量程的范围与敏感面积和约瑟夫森频率的影响关系,并显示了仅调整这两个参数扩展量程范围的局限性,进而在此基础上研究了扩展量程的改进思路和方法。 展开更多

关键词 超流体陀螺 双弱连接 高灵敏度 量程 建模与仿真

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双弱连接超流体陀螺信息提取与量程扩展技术 被引量：6

2

作者 冯铭瑜 赵伟 +2 位作者 刘建业 谢征 郑睿 《现代电子技术》 2012年第2期94-99,共6页

针对当前双弱连接超流体陀螺方案中存在的变输入角速度信息的提取和系统量程小的问题,提出了相应的角速度信息提取方法和有效扩大量程的方案(幅值锁定技术)。在积分处将采样时间间隔内的角速度值做恒值处理,角速度信息从薄膜位移振动信... 针对当前双弱连接超流体陀螺方案中存在的变输入角速度信息的提取和系统量程小的问题,提出了相应的角速度信息提取方法和有效扩大量程的方案(幅值锁定技术)。在积分处将采样时间间隔内的角速度值做恒值处理,角速度信息从薄膜位移振动信息中提取;幅值锁定法是将流量幅值持续锁定在某点,实时计算反馈相位。对两个解决方案进行了深入的仿真与分析,并对系统的误差进行了修正和补偿。结果表明,两个解决方案都是切实可行的。 展开更多

关键词 超流体陀螺 双弱连接 信息提取 量程扩展 幅值锁定法

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超流体陀螺的动态性能研究 被引量：2

3

作者 郑睿 赵伟 +2 位作者 刘建业 聂威 程庆 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期676-680,共5页

为研究新型高精度超流体陀螺的动态性能,分析了影响其可测的角加速度因素;在构建了热驱动时约瑟夫森频率数学模型的基础上,对可测的角加速度进行了数值分析。研究结果表明:根据通用的参数,超流体陀螺可测的角加速度最大值约为0.32 rad/... 为研究新型高精度超流体陀螺的动态性能,分析了影响其可测的角加速度因素;在构建了热驱动时约瑟夫森频率数学模型的基础上,对可测的角加速度进行了数值分析。研究结果表明:根据通用的参数,超流体陀螺可测的角加速度最大值约为0.32 rad/s2,因此超流体陀螺的动态性能较小,它适合应用于对角速度的精度要求很高,且角速度缓慢变化的领域。 展开更多

关键词 控制科学与技术 超流体陀螺 物质波 约瑟夫森频率 动态性能 角加速度

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基于压力相移辅助的超流体陀螺 被引量：1

4

作者 郑睿 赵伟 +1 位作者 方明星 杜友武 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期798-802,共5页

超流体陀螺是新一代惯性传感器,面临的关键问题是:在幅值锁定控制系统中,热相移的注入存在较大延时,引起其动态测量性能急剧下降。为此,在研究了超流体压力相移产生原理的基础上,提出采用静电力产生压力差的方法,并根据超流体的理论,构... 超流体陀螺是新一代惯性传感器,面临的关键问题是:在幅值锁定控制系统中,热相移的注入存在较大延时,引起其动态测量性能急剧下降。为此,在研究了超流体压力相移产生原理的基础上,提出采用静电力产生压力差的方法,并根据超流体的理论,构建了压力相移的数学模型。为解算角速度,提出了基于压力相移辅助的算法,锁定了超流体相移。仿真结果表明,基于该方法,超流体陀螺测量角加速度变化的信号时,测量误差减小了约一个数量级。因此,超流体陀螺的动态性能得到了很大改善,测量精度有了显著提高。 展开更多

关键词 超流体陀螺仪 压力相移 动态测量误差 惯性传感器

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基于微孔参数优化的超流体陀螺噪声抑制方法 被引量：1

5

作者 郑睿 余童 程龙阅 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期684-689,共6页

为了解决超流体陀螺噪声较大,限制其高测量精度的潜力发挥的问题,提出了一种基于微孔参数优化的噪声抑制方法。根据超流体流过单一微孔的速度幅值,分析了微孔孔径对超流体流量幅值的影响;在考虑热噪声的情况下,推导了微孔数量和超流体... 为了解决超流体陀螺噪声较大,限制其高测量精度的潜力发挥的问题,提出了一种基于微孔参数优化的噪声抑制方法。根据超流体流过单一微孔的速度幅值,分析了微孔孔径对超流体流量幅值的影响;在考虑热噪声的情况下,推导了微孔数量和超流体流量幅值之间的方程;构建了微孔参数与超流体陀螺噪声之间的数学模型。基于该数学模型开展仿真与分析,由仿真结果可知:随着微孔孔径和微孔数量的增加,陀螺噪声呈现下降的趋势。采用最优微孔参数:微孔孔径为95 nm,微孔数量为5625时,超流体陀螺的噪声被抑制为取通用参数(微孔孔径为70 nm,微孔数量为4225)时的1/2,使得超流体陀螺的测量精度得到了显著提高。 展开更多

关键词 超流体陀螺 噪声抑制 参数优化 噪声分析

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基于模糊控制器的热相移辅助超流体陀螺研究 被引量：4

6

作者 聂威 赵伟 +1 位作者 郑睿 刘建业 《航天控制》 CSCD 北大核心 2014年第1期21-25,29,共6页

基于热相移辅助的超流体陀螺理论上的测量灵敏度能达到10-7rad/s,具有发展为高精度陀螺的潜力。但由于热相移注入过程中存在一定惯性,会使得超流体陀螺的测量精度急剧下降。为消除热相位注入惯性给系统带来的影响,本文提出了基于Fuzzy-... 基于热相移辅助的超流体陀螺理论上的测量灵敏度能达到10-7rad/s,具有发展为高精度陀螺的潜力。但由于热相移注入过程中存在一定惯性,会使得超流体陀螺的测量精度急剧下降。为消除热相位注入惯性给系统带来的影响,本文提出了基于Fuzzy-PID的智能控制方案,该方案能针对大惯性产生的温度失调进行抑制,具有鲁棒性好、精确度高和不需要对对象精确建模等优点。本文根据该系统特性设计了超流体陀螺热相移模糊控制器,且通过仿真验证表明本文设计的Fuzzy-PID控制器有效减小了热相位注入惯性对超流体陀螺测量精度的影响。 展开更多

关键词 超流体陀螺 模糊控制器 热相移

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超流体陀螺相位波动噪声自适应抵消系统分析 被引量：3

7

作者 赵玉龙 沈怀荣 任元 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期508-515,共8页

针对超流体陀螺相位波动噪声影响陀螺角速度检测精度的问题,提出了一种基于递推最小二乘(RLS)算法的陀螺自适应噪声抵消系统。首先,建立了超流体陀螺的相位检测模型,得到了陀螺输出薄膜幅值和相位的关系。其次,考虑热运动的影响,建立了... 针对超流体陀螺相位波动噪声影响陀螺角速度检测精度的问题,提出了一种基于递推最小二乘(RLS)算法的陀螺自适应噪声抵消系统。首先,建立了超流体陀螺的相位检测模型,得到了陀螺输出薄膜幅值和相位的关系。其次,考虑热运动的影响,建立了相位波动噪声的等效输入角速度模型,探索了陀螺参数对角速度噪声的影响,得到了陀螺角速度噪声幅值范围。在此基础上,考虑该角速度噪声与输入角速度的互不相关性,将超流体陀螺薄膜幅值解算输出的混合角速度信息作为抵消系统的期望输入,将相位波动噪声引起的角速度噪声作为RLS自适应滤波器的参考输入,通过自适应调节参数使得RLS自适应滤波器的输出与混合角速度信息的噪声部分相抵消。通过与最小均方(LMS)算法仿真对比表明,在大角速度、大噪声情况下,该抵消系统能够有效消除陀螺混合角速度信息中的噪声成分,且具有较快的收敛速度和较好的稳定性。 展开更多

关键词 超流体陀螺 相位波动噪声 自适应滤波 递推最小二乘(RLS)算法 噪声抵消

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幅值锁定型超流体陀螺模糊自抗扰控制系统设计 被引量：2

8

作者 赵玉龙 沈怀荣 任元 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期562-569,共8页

针对幅值锁定型超流体陀螺中热相位注入存在的温升延迟和热噪声影响陀螺系统测量精度和稳定性的问题,提出一种基于模糊自抗扰的超流体陀螺控制系统设计方法。首先建立超流体陀螺的数学模型;分析热相位注入引入的温升延迟和未知热噪声对... 针对幅值锁定型超流体陀螺中热相位注入存在的温升延迟和热噪声影响陀螺系统测量精度和稳定性的问题,提出一种基于模糊自抗扰的超流体陀螺控制系统设计方法。首先建立超流体陀螺的数学模型;分析热相位注入引入的温升延迟和未知热噪声对系统敏感精度和稳定性的影响机理。在此基础上,设计集微分跟踪器、扩张状态观测和非线性反馈控制律于一体的自抗扰控制器,并进一步采用模糊推理实现非线性组合的比例和微分系数的自适应调整。最后利用Maltlab/Simulink进行仿真校验。仿真结果表明:该控制方法能够抑制未知噪声和温升延迟对系统的影响,对工作点实现良好的锁定,有效地提高了陀螺系统的测量精度和稳定性。 展开更多

关键词 超流体陀螺 热相位注入 温升延迟 热噪声 自抗扰控制器 模糊控制器

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基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展设计

9

作者 赵玉龙 任元 沈怀荣 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2436-2444,共9页

针对热驱动型双弱连接超流体陀螺的幅值-角速度单值求解区间因工作曲线呈周期性而制约超流体陀螺量程的突出问题,提出了一种基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展方法。首先在明晰陀螺量程受限机理的基础上,设计了幅值锁定量程扩展方... 针对热驱动型双弱连接超流体陀螺的幅值-角速度单值求解区间因工作曲线呈周期性而制约超流体陀螺量程的突出问题,提出了一种基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展方法。首先在明晰陀螺量程受限机理的基础上,设计了幅值锁定量程扩展方案。其次分析了热相位与温升延时的关系,引入重叠因子的概念,提出了一种基于重叠因子的遗传优化方法来实现幅值锁定参数优化:通过间接编码三角形隶属函数左半宽度,在避免出现相邻隶属函数无重叠或重叠太多的前提下,对模糊线性隶属函数进行遗传优化,寻找幅值锁定系统最优参数。通过与传统比例(P)控制下幅值锁定的仿真对比表明,该方法能够使超流体陀螺的薄膜幅值快速且稳定地锁定在期望值,在保证测量精度的同时提高了陀螺系统的量程范围。 展开更多

关键词 超流体陀螺 量程扩展 幅值锁定 热相位 重叠因子

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超流体量子干涉陀螺仪的热噪声分析 被引量：5

10

作者 郑睿 赵伟 +1 位作者 刘建业 谢征 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期739-743,共5页

由于过大的热噪声会导致超流体陀螺无法正常工作,且陀螺的分辨率与热噪声密切相关,因此开展超流体陀螺的热噪声研究有重要意义。利用超流体相位差热波动的标准偏差,建立了超流体陀螺热噪声的数学模型。基于该模型,分析了热噪声对约瑟夫... 由于过大的热噪声会导致超流体陀螺无法正常工作,且陀螺的分辨率与热噪声密切相关,因此开展超流体陀螺的热噪声研究有重要意义。利用超流体相位差热波动的标准偏差,建立了超流体陀螺热噪声的数学模型。基于该模型,分析了热噪声对约瑟夫森振荡效应和陀螺分辨率的影响;研究了抑制热噪声的方法。仿真试验表明,增加微孔数量到数千个,并且通过设置工作温度为2.169 K、微孔孔径为70 nm,可以把超流体陀螺的热噪声抑制为10-9rad/(s.Hz1/2)的数量级,这时超流体陀螺具有可分辨极小角速度的能力。 展开更多

关键词 4He量子干涉仪 超流体陀螺 热噪声 分辨率

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基于低温物理效应的新型超高精度陀螺仪研究综述 被引量：9

11

作者 谢征 刘建业 赖际舟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第5期606-611,共6页

综述了基于低温玻色—爱因斯坦凝聚状态新物理效应的量子陀螺和超流体陀螺的研究动态。对两类新原理陀螺所使用的物理效应、工作原理、技术现状等方面进行了阐述。量子陀螺依据物质波的Sagnac效应测量角速率,具有比光学陀螺高若干数量... 综述了基于低温玻色—爱因斯坦凝聚状态新物理效应的量子陀螺和超流体陀螺的研究动态。对两类新原理陀螺所使用的物理效应、工作原理、技术现状等方面进行了阐述。量子陀螺依据物质波的Sagnac效应测量角速率,具有比光学陀螺高若干数量级的测量精度;基于超流体低粘性和量子涡旋特性的超流体陀螺,原理上有望达到超高精度。最后分析了两类陀螺的发展前景。 展开更多

关键词 新型陀螺 惯性导航 量子陀螺 超流体陀螺 低温物理

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多弱连接扇形超流体干涉栅陀螺的性能分析

12

作者 赵玉龙 沈怀荣 +1 位作者 任元 邵琼玲 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期961-968,共8页

针对传统超流体干涉栅陀螺中梯度热相位的引入使得角速度信息被无用信息淹没而不易提取的突出问题,提出了一种无梯度热相位的多弱连接扇形超流体干涉栅陀螺结构,并对该陀螺的精度和灵敏度性能进行了深入的研究。首先在明晰了干涉栅结构... 针对传统超流体干涉栅陀螺中梯度热相位的引入使得角速度信息被无用信息淹没而不易提取的突出问题,提出了一种无梯度热相位的多弱连接扇形超流体干涉栅陀螺结构,并对该陀螺的精度和灵敏度性能进行了深入的研究。首先在明晰了干涉栅结构中梯度热相位形成机理的基础上,设计了无梯度热相位且相邻干涉环路面积相等的新型干涉栅陀螺结构。其次建立了该陀螺的数学模型,验证了陀螺敏感角速度的过程。最后对该系统的角速度检测范围和灵敏度进行了深入分析,探究了敏感面积、薄膜面积、约瑟夫森频率、微孔数目和弱连接数对超流体干涉栅陀螺检测角速度的影响,通过仿真对比分析,验证了该结构陀螺的超高精度、超高灵敏度性能。 展开更多

关键词 超流体干涉栅陀螺 梯度热相位 超高精度 超高灵敏度 惯性导航

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超流体量子干涉陀螺热驱动方式建模与分析

13

作者 赵玉龙 沈怀荣 任元 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2473-2479,共7页

超流体量子干涉陀螺采用热驱动方式时,陀螺内部流量、压强、温度多参数变化及相互影响,致使加热电阻功率与超流体在弱连接处形成的约瑟夫森频率关系复杂。为了保证陀螺持续稳定的工作在约瑟夫森频率下,必须对陀螺内部约瑟夫森频率的形... 超流体量子干涉陀螺采用热驱动方式时,陀螺内部流量、压强、温度多参数变化及相互影响,致使加热电阻功率与超流体在弱连接处形成的约瑟夫森频率关系复杂。为了保证陀螺持续稳定的工作在约瑟夫森频率下,必须对陀螺内部约瑟夫森频率的形成机理进行精确建模。针对超流体陀螺热驱动工作方式,首先,从陀螺内腔流体的熵变角度出发,建立了陀螺的温度变化、压强变化和输入-输出模型;然后,仿真分析了在恒定加热电阻功率和线性时变加热电阻功率时超流体陀螺温度和压强随时间的变化特性,对比不同加热电阻功率对陀螺的化学势差和约瑟夫森频率的影响,得出加热电阻功率的工作区间以及约瑟夫森频率的范围;最后,探索分析了约瑟夫森频率对超流体陀螺输出和陀螺精度的影响。 展开更多

关键词 超流体量子干涉陀螺 热驱动 建模 化学势差 约瑟夫森频率

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高精度小型陀螺仪关键器件加工技术研究进展 被引量：3

14

作者 陈明君 王廷章 +3 位作者 刘赫男 吴春亚 程健 苏定宁 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期218-226,共9页

主要介绍超流体陀螺仪、原子陀螺仪和微半球陀螺仪3种陀螺仪关键器件的结构特点、质量技术指标和制备技术要求,阐述高精度微小型陀螺仪核心器件的制备技术研究进展;详细综述普遍采用的MEMS加工技术及微纳加工技术等制造工艺;对比分析各... 主要介绍超流体陀螺仪、原子陀螺仪和微半球陀螺仪3种陀螺仪关键器件的结构特点、质量技术指标和制备技术要求,阐述高精度微小型陀螺仪核心器件的制备技术研究进展;详细综述普遍采用的MEMS加工技术及微纳加工技术等制造工艺;对比分析各关键器件的制备工艺,重点阐述各相关工艺存在的优势和局限性;分析微谐振器各制备工艺中模具加工技术的工艺特点及其对微谐振器制备质量的影响;探讨各关键器件的制备方法研究进展以及存在的问题与挑战,以期为后续微纳制造技术与陀螺仪技术的结合提供参考,并进一步推动相关制备技术的实际工程应用. 展开更多

关键词 超流体陀螺仪 原子陀螺仪 微半球陀螺仪 关键器件 制备工艺

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新型超高精度惯性传感器原理探索 被引量：1

15

作者 盛庆红 刘微微 王惠南 《航空制造技术》 2011年第21期100-102,共3页

惯性传感器是构成惯性导航系统的核心器件,惯性导航系统的精度与性能取决于陀螺仪和加速度计的性能,其在导航制导技术领域(尤其是国防建设)的需求是该技术拓展新方向的源动力。采用新原理、新技术发展新型高精度、小型化惯性传感器是惯... 惯性传感器是构成惯性导航系统的核心器件,惯性导航系统的精度与性能取决于陀螺仪和加速度计的性能,其在导航制导技术领域(尤其是国防建设)的需求是该技术拓展新方向的源动力。采用新原理、新技术发展新型高精度、小型化惯性传感器是惯性技术研究与发展的重要方向之一。 展开更多

关键词 超流体陀螺 加速度计 惯性技术 惯性导航系统 比力计 惯导系统 冷原子干涉仪 陀螺仪 航海仪器 惯性传感器 精度

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