高精度的重力測量是許多自然科學(xué)研究的基礎(chǔ),需要絕對重力儀和相對重力儀配合使用來完成重力的測量與監(jiān)測。超導(dǎo)重力儀是一種相對重力儀,其能夠克服傳統(tǒng)機(jī)械式彈簧重力儀的蠕變、遲滯、非線性等缺點,實現(xiàn)重力的長期穩(wěn)定、高精度測量。超導(dǎo)重力儀的市場需求廣泛,但國內(nèi)還未能實現(xiàn)超導(dǎo)重力儀的商品化,本文將完成超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)的建模,并使用更為簡便的理論算法分析其懸浮特性,以彌補(bǔ)國內(nèi)對超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)研究的不足,為超導(dǎo)重力儀的研制提供一定的理論指導(dǎo)。研究了超導(dǎo)體的基本特性以及電磁學(xué)基礎(chǔ)等相關(guān)理論,著重分析了利用超導(dǎo)體的零電阻特性和邁斯納效應(yīng)建立的超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理,參照GWR超導(dǎo)重力儀建立了本文的超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)物理模型,并給出模型參數(shù)。依據(jù)超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)的物理模型,分別采用等效電流環(huán)法和超導(dǎo)體局部模型理論來求解磁懸浮力。首先以等效電流環(huán)法分割超導(dǎo)球為出發(fā)點,結(jié)合超導(dǎo)體的磁通量守恒、“虛功”原理、線性求和等方法求解磁懸浮力;然后介紹超導(dǎo)體的局部模型理論和載流線圈的空間磁場分布情況,將超導(dǎo)球劃分為若干個微元以建立數(shù)學(xué)模型并求解磁懸浮力;最后結(jié)合實際需求在MATLAB中實現(xiàn)相... 

【文章來源】：中國地震局地震研究所湖北省

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

GWR公司臺站式超導(dǎo)重力儀的完整系統(tǒng)組成

駱國強(qiáng)：超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)的建模及懸浮特性分析-4-圖1.2超導(dǎo)重力儀低溫超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)美國斯坦福大學(xué)Hansen實驗室研制超導(dǎo)加速度計用來做等效原理的衛(wèi)星檢驗，這種超導(dǎo)加速度計其實是超導(dǎo)梯度儀，可以借鑒超導(dǎo)加速度計的懸浮結(jié)構(gòu)到超導(dǎo)重力儀中去，以改進(jìn)提高超導(dǎo)重力儀的穩(wěn)定性。2010年左右，美國GWR公司作為全球僅有的超導(dǎo)重力儀制造商推出了新一代便攜式超導(dǎo)重力儀iGravTM，其整體結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。它主要包括三個子系統(tǒng)：杜瓦和底座，低溫制冷機(jī)，控制箱和便攜式計算機(jī)，進(jìn)一步減少了空間占有和電子系統(tǒng)的損耗，易于操作、便于移動。iGravTM的傳感器設(shè)計和工作原理，與其他SG超導(dǎo)重力儀都非常相似，但主要有兩方面的創(chuàng)新，一方面是引入一個小線圈，用于超導(dǎo)球的最終中心定位，另一方面是將上、下線圈串聯(lián)在一起，方便調(diào)試，是當(dāng)前最靈敏、最穩(wěn)定的便攜式超導(dǎo)重力儀。

中國地震局地震研究所碩士學(xué)位論文-5-圖1.3新一代便攜式超導(dǎo)重力儀iGravTM系統(tǒng)組成國內(nèi)方面：中科院物理研究所自1970年開始研究超導(dǎo)重力儀，采用美國方面的超導(dǎo)重力儀結(jié)構(gòu)，建立了超導(dǎo)磁懸浮和檢測系統(tǒng)，重力儀總體包括超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)、磁電屏蔽系統(tǒng)及溫度控制系統(tǒng)等；通過該重力儀對諸如溫度、傾斜、振動等影響超導(dǎo)重力儀穩(wěn)定性的因素都進(jìn)行了研究，并用其觀察到了地球固體潮汐[11]。1985年中科院測地所從GWR公司引進(jìn)我國首臺超導(dǎo)重力儀，為精密測定地球潮汐常數(shù),建立國際重力潮汐基準(zhǔn),構(gòu)制重力合成潮信號，提取大氣和海洋負(fù)荷信號,精密確定地球自由核章動參數(shù)等方面科學(xué)研究提供了第一手觀測資料[8]。中國科學(xué)院電工研究所多年來對超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)的電磁特性、懸浮特性進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真研究；劉建華利用薄間隙磁場的計算方法,設(shè)計了一種新型的超導(dǎo)磁懸浮支撐結(jié)構(gòu)，并引入線性反饋控制系統(tǒng)，分析其線性反饋控制下的力學(xué)特性[12]；胥靖文使用Ansoft軟件對超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真分析，完成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位置的優(yōu)化選擇[13]；中科院電工所行多年的低溫轉(zhuǎn)子研究，并于2009年成功研制出超導(dǎo)磁懸浮裝置原理樣機(jī)[13]。華中科技大學(xué)探索研究出一種全新的超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其磁懸浮系統(tǒng)的超導(dǎo)體呈H型，線圈是平面線圈；劉習(xí)凱等提出一種基于垂向加速度計的寬頻帶高分辨率的超導(dǎo)重力儀，其彈簧振子的固有頻率更高，大幅提高了位移傳感靈敏度[9]；任小龍利用有效電感與間距之間的關(guān)系研究了懸浮

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]高精度絕對重力測量儀器與應(yīng)用研究[D]. 李哲.清華大學(xué) 2016
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碩士論文
[1]超導(dǎo)重力儀器中超導(dǎo)線圈有效電感與間距關(guān)系的研究[D]. 任小龍.華中科技大學(xué) 2016
[2]載流線圈與邁斯納超導(dǎo)體相互作用的有限元計算[D]. 趙坤雷.華中科技大學(xué) 2016
[3]超導(dǎo)重力儀器中超導(dǎo)線圈制作工藝研究及測試[D]. 張燕.華中科技大學(xué) 2014
[4]大氣隙磁懸浮裝置的力學(xué)特性研究[D]. 張亦靜.武漢理工大學(xué) 2012
[5]各向異性電磁場數(shù)值計算法與MATLAB實現(xiàn)[D]. 吳敏敏.華僑大學(xué) 2008
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本文編號：3093163