Das nachfolgende Bild zeigt nochmals eine Skizze dieses Rotationssensors.
Die Hauptkomponenten der Messzelle sind: Ein Torus, der
eine Verengung, die Mikroöffnung
enthält und eine Membranpumpe. Der DC-SQUID-Sensor zur
Registrierung der Auslenkung der Membran auf Bruchteile eines nm genau
ist nicht eingezeichnet. Die ganze Anordnung ist mit suprafluidem
4He gefüllt.
An den Torus ist ein Gefäß angekoppelt, das durch eine Membran zweigeteilt ist. Die Membran wird elektromagnetisch zu Schwingungen angeregt und versetzt das suprafluide Helium in eine so starke Hin- und Herbewegung im Torus, daß es in der Verengung die kritische Geschwindigkeit erreicht, bei der die Suprafluidität unter Wirbelbildung lokal zusammenbricht. Infolge der Energiedissipation wird die Membranamplitude, die mittels eines DC-SQUIDS-Sensors sehr empfindlich beobachtet wird, beim Erreichen der kritischen Amplitude Einbrüche zeigen. Stellt man nun den ganzen Apparat auf einen langsam rotierenden Tisch, so wird dem oszillierenden Fluß in der Verengung eine kontinuierliche Flußkomponente überlagert. Die Energiedissipation setzt jetzt bei einer anderen Anregungsamplitude der Membran ein. Diese Abhängigkeit wird zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit ausgenutzt.
Avenel und Varoquaux haben im Frühjahr 1996 erstmals mit einer solchen Anordnung die Erdrotation nachweisen können.
Die Empfindlichkeit eines solchen Gyroskops erhöht sich mit der durch den Torus eingeschlossenen Fläche. Die Meßgenauigkeit hängt in entscheidender Weise von der Konstanz der kritischen Flußgeschwindigkeit ab. Die physikalischen Hintergründe der beobachteten statistischen Streuung der kritischen Geschwindigkeit von etwa 1% sind noch unbekannt. Durch Mittelung über viele Durchgänge der Geschwindigkeitsamplitude durch die kritische Geschwindigkeit kann die erreichbare Genauigkeit wesentlich erhöht werden. Um viele Durchgänge je Zeiteinheit zu messen, ist, gegenüber dem jetzigen Stand der Technik, eine wesentliche Erhöhung der mechanischen Resonanzfrequenz des aus Membranpumpe, Torus und Helium bestehenden Helmholtzresonators anzustreben.
Aufgrund der Ergebnisse der Schwingungsmessungen im Labor des Verfügungsgebäudes wurden die Komponenten der Messzelle so gewählt, daß die Resonanzfrequenz gerade in einem Bereich liegt, in dem sehr geringe seismische Schwingungen zu erwarten sind.
Abschätzungen, die in der aktuellen Literatur zu finden sind, besagen, daß beim momentanen Stand der Technik Meßgenauigkeiten in der Größenordnung 10 exp-5 bis 10 exp-6 der Erdrotation in wenigen Sekunden Meßzeit erreichbar sein sollten.
Um eine genügende Empfindlichkeit zum Nachweis der Schwankungen der Erdrotation mit einem solchen Gyroskop zu erreichen, wird es notwendig sein, einen Torus mit ca. 30 Windungen und einer eingeschlossenen Fläche von 1 m exp2 zu verwenden. Ein praktisches Problem wird sein, das Helium extrem erschütterungsfrei zu halten. Dies erfordert, analog zum Lasergyroskop, extreme Maßnahmen zur Schwingungsisolierung und eine ausgewählte störungsarme Umgebung.
Das nächste Bild zeigt den Prototyp der Messzelle, mit der nur 5 Monate nach der Installation des Kryostaten erste DC-Squid Messungen ohne Helium durchgeführt wurden.
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