适用于超导重力梯度仪的低温工作平台关键技术研究

Superconducting gravity gradiometer as the airborne gravity gradient measurement has very wide application.Because of technological blockade of the Western countries, our country should have an independent research and development, which involves many subjects and has many difficulties to overcome. The project intends to carry out the key technologies in the cryogenic platform for the superconducting gravity gradiometer. In order to achieve the 1E resolution of the late superconducting gravity gradiometer, ultra-stable working platform with environment temperature fluctuation within the range of dozens of micro-K, and static magnetic shielding effect need to be effective controlled. In the designed platform, influence of the low-temperature fluctuations and the external static magnetic field on the component of the superconducting circuit is to be investigated. At the same time, temperature compensation technology to be developed based on the Superconductivity Quantum Interference Device (SQUID).

超导重力梯度仪是目前作为航空重力梯度测量技术当中具有非常广泛应用前景的仪器,其涉及到学科较多,由于西方国家的技术封锁,我国必须自主研发。本项目拟开展适用于超导重力梯度仪的低温工作平台关键技术攻关研究。为了实现后期超导重力梯度仪分辨率1E要求，通过对低温平台的超稳温度控制，使梯度仪工作环境温度的涨落在几十微K的范围内，同时对低温平台的静磁屏蔽效果进行有效控制，在此基础上对平台进行改装设计能够后续开展超导梯度仪调试及标定实验。在所搭建平台下, 研究低温环境极小温度涨落和外部静磁场对于超导电路中敏感元件的影响,以及基于超导SQUID技术的低温温度补偿技术研究。

本项目的开展有利于后续超导重力仪器的研究，提供给超导重力仪器一个相对稳定的低温平台装置。项目主要研究内容包含平台装置低温环境下温度的控制及温度对于超导电路的影响；同时开展了低温磁屏蔽装置以及激励振动装置的设计加工与测试。我们目前已经设计了两套低温测试平台装置，一个用于超导仪器的测试，另一个用于超导元件的测试，该平台低温的温度稳定性已经做到正负200微K以内，功率谱上的数据显示已经小于100uk/√Hz,接近商业精密低温温度计分辨极限。同时我们研究了低温下温度与超导电路关系342(2)Φ0/K，按照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，这为我们后续超导重力仪器的设计提供了参考。另外在我们现有搭建装置上可以继续开展相关振动与空间位置对于超导电路元部件影响的研究。