采用新颖的物理原理测量角速率是目前惯性传感器发展的一个重要方向,在此领域开展研究工作可以使我国的陀螺技术研究跟上国外前沿的进展。结合发展高新能传感器的需求以及对国际先进技术跟踪,近年来导航研究中心在刘建业 教授、 赵伟副教授的带领下开展了“超流体陀螺”新方向的研究。
超流体是低温“宏观量子态”的 He 流体,其具有的物质波干涉效应和类似于超导体的直流和交流 Josephson 效应,为发展高精度传感器提供了全新的物理基础。据美国加州大学 Berkeley 的物理研究,采用物质波干涉的 Sagnac 效应来测量转速的超流体陀螺方案,从原理上说可以比激光陀螺敏感100亿倍,这说明基于超流体特殊效应的物质波干涉陀螺的研究在新原理陀螺研究中值得特别关注。导航研究中心正是在该方向的原理方案建模与仿真研究、量程问题分析和陀螺检测体系设计等方面关键技术开展了研究,取得了一定的成果。导航研究中心超流体陀螺研究最初起始于 2006 年刘教授对新型陀螺发展状况的关注,通过研究发现该方向具备研究的意义和价值,从而带领硕博士研究生在国内率先开展了前期的研究。在两年的初期研究工作的基础上,2008年,导航研究中心以该研究方向申请了“教育部博士点自然基金”,并获得了资助,标志该方向收到的学术认可和关注。随着研究的深入,进一步形成了后续的研究思路:以扩展角速度方案研究来推进整个系统的实用意义并结合半物理仿真来分析陀螺性能。今年在此研究基础上申报了“国家自然科学基金”的面上项目,由于国内学术界对新型陀螺的重视,该申请也获得了资助。目前该方向获得的项目研究经费约 50 万,导航研究中心投入的研究人员(包括老师和硕博士生)约 5 人,基于前期工作的学术肯定,导航研究中心将在该方向投入更大的热情,发展出国内第一个具有实用意义的超流体陀螺系统。
在项目的支持下,导航研究中心的超流体研究团队在积极开展研究的同时,并总结研究成果参加了相关的学术会议。今年5月份, 刘建业教授和该方向的研究人员曾庆化老师、 谢征博士,参加了在美国召开的导航领域具有重要意义的 PLANS 会议,在会上对导航中心在该方向的研究进展进行了报告交流,新颖的研究内容和研究进展得到了与会者的积极关注。
PLANS 会场留影
刘建业 教授(中), 曾庆化 老师(右), 谢征 博士(左)
谢征 博士在 PLANS 会议上作报告交流
谢征 博士与分会场主席的交流与合影
另外,此次美国之行, 谢征博士还与加州大学 Berkeley 的物理研究者 Richard 教授取得了联系,并与相关研究人员进行了面对面交流,针对超流体陀螺发展面临的物理问题和可应用的背景开展了积极讨论, Berkeley 的研究者表示,我们目前开展的研究和发展超流体导航传感器的应用需求,对他们的研究也是一种肯定和促进,并应邀后期会到南航进行进一步的交流。这为后期的超流体陀螺研究工作建立国际合作奠定了基础。
UC Berkeley 大学
谢征博士与研究者 Aditya 在超流体实验仪器前的合影
谢征 博士与研究者 Aditya 在讨论交流
总的来说,目前导航研究中心在超流体陀螺研究工作方面的发展进入了一个新阶段,充分利用项目的支持和加强对外的学术交流,该研究方向的不断推进和发展有望带来陀螺仪技术的革命性进步,对发展高精度陀螺技术乃至建立超高精度的惯导系统发挥十分重要的意义。