第Ⅱ类超导体中磁通运动的电压噪声谱分析和动力学相变光纤声传感器的实验研究

摘要

本论文工作包括两个部分： 第一部分工作是“第Ⅱ类超导体中磁通运动的电压噪声谱分析和动力学相变”。基于唯象的GL理论和Langeyin磁通运动模型，通过对Ⅱ类超导体混合态中磁通在磁场及电流作用下运动的电压噪声谱分析和动力学相变研究，进一步探索Ⅱ类超导体中磁通重新排序的性质。以分子动力学方法模拟计算二维无序钉扎系统中磁通运动的速度，纵向电压噪声谱随磁场和电流的变化规律。首先改变磁场(计算中改变磁通之间互作用力Fvv0=0.03，0.1，0.5，1.5)，得到了不同磁场下的V-I曲线。由V-I曲线可看出当驱动电流FL=0.8，磁场Fvv0=0.03和0.1时，磁通运动分别处于脱钉态和塑性流。当Fvv0=0.5，磁通运动处于塑性流和近晶流动力学相变点Fp°当Fvv0=1.5时，磁通运动处于近晶流和弹性流动力学相变点Fm°随后在一定的驱动力FL=0.8下，计算了在以上不同磁场大小时磁通运动的电压噪声频谱。计算结果表明，在低外加磁场和低驱动电流情况，出现低频宽带电压噪声(BBN)，该BBN谱密度在小速度范围内谱为1/f关系。并随着外加磁场增加而减小。磁通运动在动力学相变点FP附近(Fvv0=0.5)电压噪声谱中低频宽带噪声减小而在一特定频率fp(NBN)出现一个窄而高的指尖形峰值信号，这就是洛伦兹形高频窄带噪声(NBN)。当外加磁场增大到熔化场Fm附近(Fvv0=1.5)，高频窄带噪声峰值变高变尖。而对应的NBN峰值频率位置fp(NBN)向高频移动。这一结果与实验结果完全吻合。计算了在不同高驱动力下磁通运动的窄带噪声频谱。发现由于磁通平移速度的周期性调制使得NBN呈现搓衣板形式。搓衣板NBN的出现表明层状超导体中运动的磁通格子存在有平移序的BG相。同时，搓衣板NBN的尖峰频率间隔△fw(NBN)也随驱动力的增加而变大。以上模拟结果与实验结果完全吻合，并能解释磁通整体运动的微观图像。 第二部分工作是“光纤声传感器的实验研究”。采用Y形单根多模反射式光纤传感探头，设计了一种新型的反射式光纤声传感器，Y型光纤耦合器的使用大大简化了传感器探头的结构。利用成像原理得出了反射式光纤声传感器的光强度调制函数，根据薄膜振动理论得到了弹性膜片的固有频率和基频，从理论上研究反射式光纤声传感器的可行性。然后，研制了实验型光纤声传感器系统并对其进行了测试。实验首先测量了光纤声传感器光强(包括发光管的发光功率、探头输出光功率、输入光电探测器的光功率)与输入电流的关系，发现两者呈良好的线性关系；其次同定光源为50mA，输入信号200mV的正弦波，频率为1KHz时，探测到的信号波形与输入信号波形完全吻合。保持输入信号的电压幅值，频率从1KHz开始分别测量传声器的高频和低频响应，发现低频响应还不是很理想，但高频响应相对来说比较好；接着我们又改变光源的强度，对传感器的响应特性进行分析，发现光源的光强度越高，传感器输出的信号就越强。但为了不损坏管子，将工作电流设定为最大允许值的一半，对于本实验选定的LEDIm=50mA；然后，对传声器灵敏度进行了测量，结果表明，固定输入信号的频率在1kHz，传感器输出信号的强度随着测试信号的强度近似线性地变化。在信号较小和较强时，传感器的输出波形都不失真。最后，我们给出传声器探测人讲话时的信号波形，实现了光纤声传感器系统的预期功能。

目录

文摘

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概论

第一章磁通运动的电压噪声频谱分析和动力学相变

§1.1引言

§1.2磁通运动方程

§1.3计算结果和讨论

§1.4结论

§1.5参考文献

第二章光纤声传感器的理论研究

§2.1引言

§2.2光纤声传感器系统的整体框图

§2.3单纤传感探头的理论设计

§2.4单纤探头的数学模型

§2.5结语

§2.6参考文献

第三章光纤声传感器的实验研究

§3.1引言

§3.2实验型光纤声传感器探头的结构

§3.3测量结果和分析

§3.4结论

§3.5参考文献

致谢

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