超流体陀螺是基于超流体的物理原理敏感载体相对惯性空间角运动的感测器。根据超流体物理原理的不同，超流体陀螺分为超流体量子化涡旋陀螺仪、超流体相位滑移陀螺仪、超流体物质波干涉式陀螺仪等3种类型。超流体物质波干涉式陀螺仪具有独特的技术优势，是超流体陀螺的主要研究方向，本文以下提到的超流体陀螺均代表超流体物质波干涉式陀螺仪。

传统意义上的陀螺仪是以经典力学为基础的机电式陀螺仪，它利用由转子自转产生的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的角运动，具有稳定性和进动性的特点。1913年法国物理学家萨格纳克分析了波的干涉原理，提出了萨格纳克效应。基于萨格纳克效应，干涉式陀螺仪利用波的干涉原理敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的角运动。由于机电式陀螺仪的误差主要来源于转子与其支承机构之间的干扰力矩，而干涉式陀螺仪不再依赖于高速旋转的转子，因此干涉式陀螺仪避免了由转子部分带来的误差，有效提高了陀螺仪的精度。基于光波干涉的雷射陀螺和光纤陀螺已普遍套用于较高精度的惯性导航系统中。

随着低温物理学推进的发展，学者们不断认识到一些新的低温物理效应，这些物理效应有效连线了物体的微观世界和巨观运动，量子特殊效应与巨观转动之间关联特性的研究为发展高精度感测器提供了全新的物理基础，其中凝聚态物质波干涉理论是一个重要研究方向。 由于物质波的波长远小于光波的波长，并且物质波的运动速度又远慢于光速，因此物质波经过相同路程时经历更长的时间，从而产生更大的相位差。1988年，Clauser在全面分析和比较了光学干涉仪和原子干涉仪的理论和套用问题后指出，在同等感应面积下，物质波干涉对旋转的灵敏度比光波干涉高出约10个数量级，所以利用物质波干涉的萨格纳克效应可以开发新型高精度陀螺仪。

学者们利用两种类型的物质波干涉实现了对旋转的检测，一类是粒子物质波，如原子物质波、中子物质波和电子物质波等；另一类是由超流体氦在弱连线处发生约瑟夫森效应而产生的超流体物质波。

在粒子物质波干涉中，研究最为广泛的是原子物质波干涉，原子物质波干涉式陀螺仪已成功套用于卫星姿态控制系统和深空探测等领域。但是由于引力的影响，原子飞行时间有限，飞行面积所形成的有效感应面积较小，因此原子物质波干涉式陀螺仪的灵敏度难以进一步提高。另外，原子物质波干涉式陀螺仪在雷射冷却技术、对捕获原子的方向和移动的精确控制等方面还面临巨大技术挑战。与原子物质波干涉式陀螺仪比较，超流体⁴He物质波干涉式陀螺仪具有物质波产生简单，工作温度易实现，感应面积可增大等突出特点和技术优势。

受到超导体的约瑟夫森效应的启发，从1997年到2005年间，美国California大学Berkley分校的Packard、Pereversev 和Hoskinson等学者在对超流体的相位滑移效应研究的过程中，逐渐发现当微孔的孔径小于连线长度时，微孔对超流体来说是弱连线，此时超流体在弱连线处不再发生相位滑移效果，而是发生约瑟夫森效应，并由此产生了超流体物质波。

2006年，美国California大学Berkley分校的Hoskinson等学者研製了超流体⁴He物质波干涉式陀螺仪的装置，其结构和实物分别如图1所示。图1中，白色部分充满超流体⁴He，薄膜和弱连线组成了内腔，其余部分为外腔。採用在电极与薄膜之间套用静电力以及热阻加热的方式，产生内外腔之间的化学势能差。超流体⁴He在弱连线处发生约瑟夫森效应，产生了两路超流体⁴He的物质波。通过监测DC SQUID(直流超导量子干涉仪)输入线圈中电流的变化，可以精确检测到由旋转引起的物质波干涉情况，由此可以精确解算出角速度。在1Hz的频宽下，该陀螺採用10平方厘米的感应面积，可以敏感到负7次方rad/s的角速度。

超流体物质波干涉式陀螺仪的研製成功引起了学术界广泛关注。从2006年至2013年，从事该研究方向的机构和学者有：美国California大学Berkley分校的Packard、Hoskinson等学者；美国Harvard大学的Sato、Narayana 等学者(他们研製的基于费斯科效应和基于超流体管路多圈环绕技术的超流体陀螺实物图如图2和图3所示)；俄罗斯科学研究院的Golovashkin等学者；以及国内南京航空航天大学导航研究中心的刘建业、赵伟、谢征、郑睿，等学者(他们研究的基于历程分析法的超流体陀螺仪器系统示意图和超流体陀螺半物理仿真平台人机互动界面如图4和图5所示)。

总体来说，这段时间内超流体陀螺的研究主要集中在4个方面：(1)约瑟夫森效应原理的探索；(2)超流体陀螺量程的扩展方法研究；(3)超流体陀螺高测量精度的实现；(4)超流体陀螺的方案和仪器系统的研究；(5)超流体陀螺的输出噪声研究。

1、超流体陀螺输出噪声的深入研究。干涉式陀螺仪的测量精度与其输出噪声有密切相关的联繫。学术界已经开展了一些超流体陀螺输出噪声的研究，但还不够全面和完善。需要在该方向上进一步深入研究。

2、利用超流体物理特性提高测量精度。利用超流体的费思科效应，可以把超流体的精度提高1个数量级。受到该原理的启发，后续研究中可以继续关注超流体的物理特性的最新研究成果，并考虑利用这些物理特性进一步提高超流体陀螺的精度。

3、开展超流体陀螺的试验研究。国外的研究机构已经初步具备了超流体陀螺的试验装置，国内的研究机构还不具备。为推动超流体陀螺的工程设计和套用的步伐，缩小与国外先进技术的差距，国内研究者需要逐步搭建超流体陀螺的软硬体试验平台，在试验中继续最佳化和调整超流体陀螺的方案。