量子地球物理深部探测技术及装备发展战略研究

量子传感与测量技术是实现地球深部重磁场精细化探测的颠覆性技术之一,成为国际地球物理探测装备的重点发展方向。本文聚焦我国地球重磁场的量子高精度测量前沿技术布局,梳理了量子地球物理探测装备的发展现状,分析了深部资源探测中超导量子电磁探测系统、磁矢量梯度探测系统和超导重力探测系统、冷原子绝对重力探测系统等需求,研判量子精密测量技术的国际发展态势,剖析我国该领域发展面临的科技难题、技术瓶颈和机遇挑战。针对我国量子地球物理探测装备在核心技术攻关、完全国产化和探测应用等方面能力不足问题,提出了新一代量子高精度地球物理深部探测装备的发展目标、技术体系、重点任务、战略规划,突破超导量子芯片和高灵敏度传感器等“卡脖子”技术瓶颈,建立我国自主可控的量子地球物理探测技术及装备发展的协同组织模式,推动深部探测装备高质量跨越式发展,为解决深部矿产资源探测、揭示地球深部构造等重大问题提供技术支撑。     

低温应变测量技术

第五讲低温强磁场环境下的应变测量一、前言随着低温超导技术的发展,特别是近年来各种高温超导体的不断涌现,超导技术日趋实用化,如超导磁悬浮列车、超导输电、超导发电,以及各种形式的超导磁体,为了实用化,人们往往要求在低温强磁场环境下测量结构的应力,以确保结构安全和节约材料与费用。本讲主要介绍在低温下磁场强度对应变片的影响与标定方法;在强磁场条件下测量应变时应注意的事项。     

基于迈斯纳效应的二阶梯度计不平衡度调节方法

基于超导量子干涉器的磁场梯度计可在无磁屏蔽的噪声环境中测得高信噪比信号,可检测pT量级的心脏磁场。通过推导超导环与二阶梯度计天线的互感耦合关系,建立三维静磁场仿真模型,模拟得出超导环对梯度计不平衡度的调节范围为-0.73～0.78。平衡后的梯度计可有效抑制0.031 Hz～10 Hz频率范围内环境噪声的谐波分量。梯度计在无磁屏蔽环境中测量得到42.64 dB高信噪比的心磁信号,验证了超导环平衡方法的可靠性。     

超导线圈的等效热膨胀系数的理论与实验研究

给出了计算超导线圈等效热膨胀率的理论模型和计算方法,对比了各种测量材料线膨胀系数的实验方法,并且给出了低温应变片测量热膨胀系数的技术原理.采用低温应变片法测量了矩形截面导线缠绕成型的超导线圈由77 K到300 K的线膨胀系数,并将实验测试结果与理论计算结果进行了对比分析.     

基于超导磁场环境真空测量电离规磁屏蔽结构仿真研究

聚变装置超导磁场环境下真空测量电离规因灯丝变形、带电粒子轨迹变化等物理机制导致真空测量精度不高,不能满足工程精确测量的需求.基于磁屏蔽的理论,构建了半封闭式和开放式的两种多层磁屏蔽结构模型,利用Maxwell有限元软件,仿真研究了结构材料层不同厚度和不同磁场方向等条件下磁屏蔽效能的变化规律.结果 表明,屏蔽效能随铁层材...     

一种磁流变阻尼器振动自传感技术

研究了一种基于谐波磁场磁链测量原理的磁流变(magnetorheological, MR)阻尼器的振动自传感技术,实现了相对位移传感器与磁流变阻尼器的结构复用与功能集成,建立了基于快速控制原型技术的磁电式自传感磁流变阻尼器的原型.实验测试结果表明集成于自传感磁流变阻尼器的磁电式相对位移自传感器基本达到通用LVDT的传感性能.     

基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量

首先对光纤布喇格光栅传感的基本原理进行了分析,并给出了光纤光栅位移传感的基本公式.在此基础上,设计制作了一种光纤光栅位移传感器.采用光纤光栅作为传感元件,利用多波长计进行波长检测,对位移量进行了传感测量.实验中,传感器位移检测范围为0.6mm,其传感测量精度为±43nm,测量分辨率为1.5nm.实验结果具有良好的线性度.     

引力参考传感器检测质量块电荷UV光调控技术研究

引力参考传感器是空间引力波探测等任务中的关键载荷,引力参考传感器内的检测质量块经历各种宇宙环境作用后的电荷积累与周围的电场、磁场耦合,产生的干扰会影响对科学目标的探测.本文研究用255 nm紫外(UV)LED控制检测质量块的电荷,控制其放电速率在0～10 pA.研究了直流电荷控制实验中光强、入射角、压力以及偏压对光电效...     

PbBi/SiO多层交迭膜的制备和分析及其超导性质

以交替的超导/绝缘薄膜作为模型系统。用真空蒸发方法制备了样品并对其层状结构用俄歇谱仪作了检测。低温测试装置具有可控制的温度和强度与方向可调的磁场。测量了超导转变温度及临界电流与温度、磁场的关系。实验结果与钉扎理论的处理很好地一致。     

高加速度超精密激光外差干涉测量模型

为了精确地描述激光外差干涉在高加速度超精密测量中加速度对位移测量精度的影响机理与规律,建立了高加速度超精密激光外差干涉位移测量模型.通过分析测量棱镜三维运动对多普勒频移的影响,推导出高加速度激光外差干涉位移测量模型.理论分析和仿真实验表明,当测量加速度为9m/s2,匀加速运行的位移为500mm时,由于加速度变化引起的相对论性效应对测量精度的影响为5nm.高加速度超精密激光外差干涉位移测量模型的建立,可提高激光外差干涉在高加速度超精密测量中的测量精度,为激光外差干涉在高速和超高速测量领域的应用提供了理论依据.     

超导材料

一、完全反磁性完全反磁性是超导的基本性质之一。在有磁铁存在时,物质的磁性可以分为:受到磁铁引力的顺磁性和受到磁铁斥力的反磁性。象铁等则显示了强大的顺磁性。这些磁场的性质都属于量子力学的现象,用宏观角度不能完全说清楚。关于反磁性,可以理解为是由于物体处于磁场中时其表面产生了“屏蔽电流”造成的。象这种物质的表面,有一个与     

液氮低温环境下电阻应变片测试性能的试验研究

分别采用低温电阻应变片及拉线式位移传感器的电测技术,该文开展了液氮浸泡下的悬臂梁结构在静载条件下的应变测量。对两种实验测试结果和理论分析结果进行了对比和精度分析,给出了相应的实验标定曲线,并探讨了测量过程中应变片粘接、电桥连接方式、液氮冷却和数据采集对实验结果精度的影响因素等。结果表明:在采用温度补偿和应变片的正确粘贴和良好固化情形下,低温应变片能够在液氮低温区给出较高精度的应变测量;拉线式位移传感器几乎不受低温的影响,测量简单易行。相关技术和结果将为中科院近代物理研究所自主研制的兰州潘宁离子阱7T超导磁体的低温下应变测量提供方法和指导。     

高温超导磁储能(SMES)磁体直接冷却热输运过程研究

随着高温超导材料与低温技术的发展，采用制冷机直接冷却已经成为高温超导应用的发展方向，而界面热阻则直接影响着超导器件的冷却效率和运行可靠性，因此减小和控制低温界面热阻是实现超导系统直接冷却的技术关键。对直接冷却高温超导磁体从室温冷却到49K低温的热输运过程进行了理论分析和实验研究，磁体冷却实验结果和理论分析符合较好，通过直接冷却实验所达到的最低温度特性和过程分析，证实从微结构低温工程学的角度研究界面热阻、探索超导直接冷却最佳热耦合机制是高温超导应用基本而重要的科学问题之一。     

外延砷化镓制的磁场和低温敏感元件

在低温和超导研究与应用中,常常需要同时测量温度和磁场。商用霍尔探针和电阻温度计(碳电阻、锗电阻)或二极管温度计是测磁场和低温的最常用的元件。在某些情况下必须同时知道指定点的磁场和温度两者。然而还没有可用来作这种测量的仪器。敏感元件除了要具有大的灵敏度外,很重要的一点是应对二级参数无关,即温度计与磁场、霍尔探针与温度的关系必须     

回音壁模式光学微腔传感研究进展

简要回顾了近几年回音壁模式光学微腔在传感研究中的应用，其涉及领域包括位移传感、力传感、加速度传感、质量传感、纳米粒子传感、温度传感、角速度传感和奇异点增强传感。对回音壁模式光学微腔在不同领域的传感机理进行了简单介绍，并且对重要的实验工作进行了介绍，指出了提高传感精度的重要因素，为之后的理论和实验研究提供了一定的参考。     

碳纳米管应用的新拓展--红外探测与超导

具体阐述了碳纳米管用于红外探测的可行性以及在单壁碳管内实现超导态的实验方法，对用碳纳米管阵列制作红外探头的理论基础，典型特性和技术状况均进行了讨论，此外，具体分析了用“接近诱导法！实现碳纳米管的超导电态的实验方法，即将单壁碳纳米管束或单个碳纳米管嵌放在两个超导电极之间，在一定的条件下，有可能在碳管内诱导出超导电流，已有的实验显示碳纳米管内超导电流的临界值较大，并表现出特殊的对温度和磁场的依赖性。     

新型超导传感器的研制与应用

温度测量是低温工程的一个重要的研究方面，介绍了一种新型超导传感器的研制方法与标定使用过程。超导传感器具有精度高，响应快等特点。并且，将其用于超流氦的热波测量等实验中，证明了其可用性，不失为低温测量的一种新的方法。     

基于磁补偿的液氧悬浮可视化验证实验研究

利用液氧的顺磁特性,以低温超导磁体为受控磁场发生器,设计了一套磁补偿低温液氧悬浮可视化验证性实验系统。通过改变超导线圈电流强度,实现了大小适当且持续稳定的磁场力用于补偿液氧重力,观察到氧气泡在最佳磁补偿点处的微重力悬浮现象,捕捉到微重力液氧气液界面处的气泡成型、脱离和相界面变化特征,展示出微重力下表面张力的主导作用,验证了通过磁场补偿实现地面研究液氧微重力环境下相关机制的可行性。     

光纤法珀电流传感器的研究

利用磁致伸缩材料在磁场中的伸缩特性,结合光纤法珀传感技术设计了一种新型的光纤法珀电流传感器。对光纤法珀传感器实现电流的测量进行了理论分析并完成了相关实验,实验结果较好的验证了该种测试方案的可行性。     

常温电阻应变计应变极限的测定

一、前言在结构构件和机械部件的各种静、动态强度试验及实验应力分析中,电阻应变测量技术具有重要地位并得到广泛的应用。电阻应变计是电阻应变测量中的关键元件,它除应用于一般的强度试验与实验应力分析外,还可制成力、压力、位移、扭矩、速度、加速度等各种传感器,在冶金、化工、机械、交通运输、商业等部门作非电量测量,信号控制和秤量之用。电阻应变计的质量好坏直接关系到各种应力应变测量及各种传感器的精确度和可靠性。评定电阻应变计质量优劣的技术指标(即工作特性)为数不少,其测定方法更多。本文仅就