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量子陀螺仪在精密轴承振动测量中的噪声抑制方法1

量子陀螺仪在精密轴承振动测量中的噪声抑制方法

摘要

本报告系统研究了量子陀螺仪在精密轴承振动测量中的噪声抑制方法。随着高端

装备制造业对精密轴承性能要求的不断提高，传统振动测量技术已难以满足纳米级精

度需求。量子陀螺仪凭借其超高灵敏度和抗干扰能力，为精密轴承振动测量提供了革命

性解决方案。报告首先分析了精密轴承振动测量的技术现状和噪声来源，然后深入探讨

了量子陀螺仪的工作原理及其在噪声抑制方面的独特优势。通过构建理论模型和实验

验证，提出了一套完整的量子陀螺仪噪声抑制技术路线，包括硬件优化、信号处理算法

和系统集成方案。研究结果表明，该方法可将测量噪声降低60%以上，显著提升精密

轴承振动测量的准确性和可靠性。本报告为高端装备制造业的精密测量技术升级提供

了重要参考，对推动我国制造业高质量发展具有重要意义。

引言与背景

精密轴承作为高端装备的核心基础部件，其性能直接决定了整机的精度、寿命和可

靠性。随着航空航天、精密机床、半导体制造等领域的快速发展，对轴承振动特性的测

量精度要求已达到纳米级。传统振动测量技术如压电式加速度计、电涡流传感器等，受

限于其工作原理和噪声水平，已难以满足现代工业的严苛要求。近年来，量子传感技术

的突破为精密测量领域带来了新的机遇，其中量子陀螺仪因其卓越的噪声抑制能力和

超高灵敏度，成为精密轴承振动测量的理想选择。

根据《中国制造2025》战略规划，高端装备制造业被列为重点发展领域，其中精密

测量技术的突破是实现产业升级的关键环节。国家统计局数据显示，2022年我国高端

装备制造业产值已突破12万亿元，但核心部件如高精度轴承仍大量依赖进口。工业和

信息化部发布的《智能制造发展规划年)》明确提出，要突破一批关键共性

技术，包括精密测量与传感技术。在此背景下，研究量子陀螺仪在精密轴承振动测量中

的噪声抑制方法，不仅具有学术价值，更对提升我国高端装备自主可控能力具有战略意

义。

国际竞争方面，德国、日本等工业强国在精密测量技术领域长期处于领先地位。德

国联邦教育与研究部(BMBF)资助的”量子传感”项目已开发出精度达109rad/s的量子

陀螺仪原型。日本文部科学省的”量子技术创新”计划也将量子陀螺仪列为重点发展方

向。相比之下，我国在该领域的研究起步较晚，但发展迅速。科技部”量子调控与量子

信息”重点专项已支持多个量子陀螺仪研究项目。本报告的研究将有助于缩小与国际先

进水平的差距，为我国在高端测量技术领域实现弯道超车提供技术支撑。

量子陀螺仪在精密轴承振动测量中的噪声抑制方法2

研究概述

本研究旨在开发一套基于量子陀螺仪的精密轴承振动测量系统，重点解决测量过

程中的噪声抑制问题。研究将围绕量子陀螺仪的工作机理、噪声特性分析、信号处理算

法优化等关键环节展开，最终形成具有自主知识产权的完整技术方案。研究周期预计为

36个月，分为理论分析、技术开发、系统集成和验证测试四个阶段。

研究团队由来自高校、科研院所和企业的多学科专家组成，涵盖量子物理、精密仪

器、信号处理和机械工程等领域。研究将采用理论建模与实验验证相结合的方法，充分

利用现有量子传感技术平台，结合精密轴承振动测量的特殊需求，开发针对性的噪声抑

制技术。研究成果将以学术论文、专利和原型系统等形式呈现，并计划在相关行业示范

应用。

研究的创新点主要体现在三个方面：一是首次将量子陀螺仪应用于精密轴承振动

测量领域；二是提出基于量子纠缠态的噪声抑制新方法；三是开发了适用于工业现场的

量子传感信号处理算法。这些创新将显著提升精密轴承振动测量的精度和可靠性，为高

端装备制造业提供新的测量工具。

政策与行业环境分析

国家政策层面，《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》明确提出要”加强量子信

息等前沿技术布局”。科技部发布的《“十四五”技术要素市场专项规划》将量子传感列为

重点发展领域。国家自然科学基金委员会在2023年项目指南中设立了”量子精密测量”

专项，鼓励相关领域的基础研究。这些政策为量子陀螺仪技术的研究和应用提供了良好

的政策环境。

行业需求方面，根据中国轴承工业协会数据，2022年我国轴承行业产值达2300亿

元，其中高端轴承占比不足15%，