[发明专利]一种超导重力梯度仪及其灵敏度的提高方法

权利要求书

1.一种超导重力梯度仪，其特征在于，包括：两组超导磁力弹簧振子和超导电路；

每组超导磁力弹簧振子包括：单层密绕盘型超导线圈、检验质量、螺线管超导线圈以及线圈骨架；检验质量为下方开口的半封闭超导筒体；所述线圈骨架位于检验质量的下方；所述单层密绕盘型超导线圈绕制在线圈骨架的顶部，螺线管超导线圈绕制在线圈骨架的底部；单层密绕盘型超导线圈和螺线管超导线圈与检验质量之间的磁斥力平衡检验质量的重力，将检验质量进行磁悬浮；所述磁斥力是检验质量位移的函数，检验质量所受磁力和重力的合力具有恢复力的性质，构成超导磁力弹簧振子；

所述单层密绕盘型超导线圈施加于检验质量的垂向磁斥力随检验质量偏离平衡位置的位移成比例变化，变化量方向与位移方向相反，为超导磁力弹簧振子贡献正的刚度；螺线管超导线圈磁力线的一部分处于检验质量的封闭空间内呈压缩状态，另一部分处于检验质量的封闭空间外呈扩展状态，螺线管超导线圈施加于检验质量的垂向磁斥力随检验质量偏离平衡位置的位移成比例变化，变化量方向与位移方向相同，为超导磁力弹簧振子贡献负的刚度；所述超导磁力弹簧振子的刚度通过单层密绕盘型超导线圈的电流值和螺线管超导线圈的电流值调节；

所述超导电路通过超导线将两组超导磁力弹簧振子的密绕盘型超导线圈和螺线管超导线圈连接构成超导回路，以将两组超导磁力弹簧振子耦合成两自由度的弹簧振子，构成超导重力梯度仪；两个所述单层密绕盘型超导线圈和中间支路电感之间相互并联构成正刚度超导电路，两个所述螺线管超导线圈相互串联构成负刚度超导电路，通过对所述正刚度超导电路和负刚度超导电路进行参数设计，保证所述超导重力梯度仪相比不包括螺线管超导线圈的超导重力梯度仪具有较低的差模刚度以及较高的共模刚度与差模刚度比。

2.根据权利要求1所述的超导重力梯度仪，其特征在于，所述超导重力梯度仪的共模刚度k_c和差模刚度k_d分别为：

其中，L₀、I₀分别表示平衡位置处正刚度单层密绕盘型超导线圈的有效电感和超导电流强度，l₀、i₀分别表示平衡位置处负刚度螺线管超导线圈的有效电感和超导电流强度，l(z)表示负刚度螺线管超导线圈随检验质量位移变化的有效电感，L(z)表示单层密绕盘型超导线圈随检验质量位移变化的有效电感，L_p表示超导电路中间支路所接电感，z表示检验质量相对于平衡位置的位移。

3.根据权利要求2所述的超导重力梯度仪，其特征在于，d²L(z)/dz²0；d²l(z)/dz²0。

4.根据权利要求1至3任一项所述的超导重力梯度仪，其特征在于，还包括：结构件；

所述结构件用于上下连接两组超导磁力弹簧振子的线圈骨架。

5.根据权利要求1至3任一项所述的超导重力梯度仪，其特征在于，所述单层密绕盘型超导线圈和螺线管超导线圈均可以包括多组超导线圈。