超导重力仪是利用超导体的零电阻特性和迈斯纳效应构建的相对重力仪,主要用于当地时变重力测量。超导重力仪具有仪器固有噪声低、标度因子漂移小、灵敏度高的特点,作为目前世界上分辨率最高、稳定性最好的相对重力仪,其在地球物理学中发挥着越来越大的作用。超导重力仪的核心部件是工作在4.2 K温度下的垂向超导加速度计。为了使超导重力仪的敏感轴方向与当地重力方向始终保持一致,超导重力仪采用倾斜反馈控制环节进行调平,因此在控制回路中需要一个低温倾斜仪测量超导加速度计敏感轴与当时重力的倾斜时变偏差。本文着重于研制用于超导重力仪倾斜控制的低温倾斜仪。在评估了倾斜对超导重力仪重力测量的影响后,明确了对倾斜仪的需求指标:0.1μrad的分辨率,±5 mrad的测量范围,与低温工作条件的良好兼容性和较小的安装空间。为满足上述指标需求选取簧片摆式结构和桥式电容位移传感作为倾斜仪的基本单元。对簧片摆式结构模态仿真结果进行对比分析后,将其优化为双簧片摆式结构,该结构主模态频率与高阶模态频率比值较大,具有良好交叉耦合抑制能力。然后采用低温真空密封技术将簧片摆式结构封装在铜腔内,测试得到双簧片摆式结构在室温下的固有频率为9.59 Hz,与设计值9.55 Hz基本一致,在4.2 K温度下其固有频率略微增加至10.15 Hz。电容位移传感电路主要包括三部分:前端电路、交流放大器和锁相放大器。前端电路采用差分变压器桥路,与簧片摆位移相关的电容作为其中一个桥臂。该传感电路采用50 k Hz的激励电压信号驱动,从而抑制低频噪声。为使其总噪声最小化,对电路参数做进一步优化。测试得到在0.01～1 Hz频带内电路噪声的均方根为0.033μrad。最后,倾斜仪整体分别在室温和液氦温度环境下进行了测试。在室温下,得到倾斜仪灵敏度为1.47 V/mrad,量程范围为±6.8 mrad,在0.01～1 Hz频带内噪声均方根值为0.046μrad。在液氦温度下,倾斜仪在0.01～1 Hz频带内噪声的均方根值为0.47μrad。