Устройство для настройки сверхпроводящего квантового магнитометра

 

Изобретение предназначено для установок оптимального уровня модуляции сверхпроводящего KBaHTOBOt o магнитометра с одним переходом Джоэефсона и с обратной связью по магнитному потоку. Цель изобретения - повышение точности настройки сигнала модуляции. Устройство для настройки сверхпроводящего квантового магнитометра содержит сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик I, резонансный контур 2, генератор 3 высокой частоты, аттенюатор 4 сигнала модуляции, усилитель 5 высокой частоты , амплитудный и синхронные детекторы 6 и 7, 10, интегратор 8, электронный ключ 9, блок И регулирования, формирователь 12 строб-импульсов, генератор 13 сигнала модуляции, блок 15 инверсии, делитель 14 частоты. 2 ил. с S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И! (51) 5 0 01 R 33/035 г %!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 15.06 ° 91. Бюл. Р 22 (21) 4013314/21 (22) 17.12.85 (71) Сибирский научно-исследовательский институт геологии; геофизики и минерального сырья (72) Я.И.Гитарц и С.В.Форганг (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1 1248434, кл. 0 01 R 33/035, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КВАНТОВОГО ИАГНИТОИЕТРА (57) Изобретение предназначено для установок оптимального уровня модуляции сверхпроводящего квантово1 о магнитометра с одним переходом Дкозефсона и с обратной связью по магнитному потоку. Цель изобретения ™ повышение точности настройки сигнала модуляции. Устройство для настройки сверхпроводящего квантового магнитометра содержит сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик 1, резонансный контур 2, генератор 3 высокой частоты, аттенюатор 4 сигнала модуляции, усилитель 5 высокой частоты, амплитудный и синхронные детекторы б и 7, 10, интегратор 8, электронный ключ 9, блок ll регулирования, формирователь 12 строб-импульсов, генератор 13 сигнала модуляции, блок

l5 инверсии, делитель 14 частоты.

2 ил.

1371234

Изобретение относится к технике магнитных измерений и предназначено для устанонсж оитимальн(го уровня модуляции сверхпроводящего квантавоГо магнитометра с одним переходом

Джоэефсона и с обратной связью по магнитному потоку, Цель изобретения -noatrmeHHe точности настройки сигнала модуляции.

На фиг,1 показана структурная схема устройства; на фиг ° 2 — диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, где на фиг.2а приведена зависимость огибающей напряжения на резонансном контуре U от потока Ф магP нитного поля через снерхпронодящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД) в единицах кванта потока Ф,=

2,07 ° !0 Вб с наложенным на нее пряt$ миугольным мидулируюшим сигналом Ф

ИОД 6 /27ЬФ „ „и фирма напряжения на контуре, если постоянный магнитный поток ранен целому числу квантов и или чиI слу и +

2 (па графике соответственно точки 0 и 1/2); на фиг.26зависимость напряжения на выходе первого синхронного детектора U от потока магнитного поля через

СКВИД при разомкнутой цепи обратной связи, если размах модулирующего сигнала оптимален (ранен полонине периода функции UP(e); на фиг.2в — временная завнсймость напряжения на выходе ключа U если размах модулирующего сигнала меньше оптимального на величинуЛФ„„д, на фиг.2г принедена зависимость напряжения на выходе второго синхронного цетектора U,„ от сдт размаха сигнала модуляции.

Устройство содержит СКВИД 1, ин. дуктивно связанный с резонансным контуром 2„ соединенным с генератором 3 высокой частоты и выходом аттенюатора 4 сигнала модуляции уси/ литель 5 высокой частоты, вход которого связан с резонансным контуром 2, а выход через последовательно соединенные амплитудный детектор 6 и первый синхронный детектор 8 связан с интегратором 8, выход которого соединен с резонансным контуром 2, последовательно соединенные электронный ключ 9, второй синхронный детектор

10 и блок II регулирования, причем сигнальный вход ключа 9 связан с выходом амплитудного детектора 6, управляемый вход электронного ключа 9 подключен к выходу формиронателя 12 строб-импульсов, а выход блока I! регулирования соединен с управляемым входом аттенюатора 4, генератор 13 сигнала модуляции с подключенными к его выходу опорным входом первого синхронного детектора 7 и входами формирователя !2 строб-импульсон и делителя 14 частоты. Выход делителя 14 частоты соединен с опорным входом второго синхронного детектора !О, а также с упранляемым входом блока 15 инверсии, сигнальный вход которого связан с выходом генератора 13 сигнала модуляции, а вход соединен с сигнальным нходом аттенюатора 4, СКВИД I имеет тороидальную конст2р рукцию, изготовлен иэ ниобия, переход Джозефсона — точечный. Параллельный резонансный контур 2 образован катушкой индуктивности величиной

0,22 мкГ и конденсатором емкостью

25 200 пФ. Генератор 3 высокой частоты выполнен на транзисторе КТ347А, à его частота (25 МГц) стабилизирована квар. ценым резонатором. Аттенюатор 4электронный, выполнен на полевом

ЗО транзисторе КП305Д. Усилитель 5 высокой частоты выполнен на транзисторе

КП307Ж и микросхемах К265УВ6, амплитудный детектор 6 собран на диоде

ГД508А, первый 7 и второй 10 синхрон ные детекторы построены на основе микросхемы К590КН2, интегратор 8на микросхеме К140Д7. Электронный ключ 9 может быть выполнен на аналоговом коммутаторе К590КН2. Блок 11

40 регулиронания состоит иэ низкочастотного автогенератора (микросхема

K56IËÀ7), счетчика-дешифратора (микросхема К56!ИЕ11), цифроаналогового преобразователя (микросхемы К572ПА2Б

45 и К140УЛ7), дешифратора НАПРАВЛЕНИЕ

СЧЕТА (микросхема К140УД7 и диоды

КД522А) и нуль-органа (микросхема

Kl40УД7). Формирователь 12 строб» импульсов и генератор 13 сигнала модуляции собраны на микросхемах

К561ЛА7, частота последнего (50 кГц) стабилизирована кварцевым резонатором. Делитель 14 частоты выполнен на микросхеме К561ИЕ8»

В отличие от прототипа блок 15 инверсии в разработанном устройствелогический, не содержит навесных элементов и может быть выполнен на микросхеме К56)ЛС2 И-ИЛИ.

1371234 раз ом, Перед началом измерений включают электропитание магннтометра. Выходной сигнал делителя 14 частоты, сформированный из напряжения прямоугольной формы генератора 13 сигнала модуляции, меняет состояние логического блока 15 инверсии. В результате 10 этого осуществляется манипуляция фазы выходного напряжения блока 15 инверсии, и за период управляющего сигнала оно в первый полупериод сии фазно с напряжением генератора 13 15 сигнала модуляции, а во второй сдвинуто относительно него по фазе

О на угол 180 . Принцип действия устройства не изменяется, если инверсия сигнала модуляции будет осуществлять-20 ся в первый полупериод управляющего сигнала, а во второй выходные напряжения блока 15 инверсии н генератора 13 сигнала модуляции будут синфазНЫ, 25

Инверсия фазы сигнала модуляции в первый момент времени после ее осуществления аналогична включению между любыми узлами цепи обратной связи (1,",5-8) находящегося в устой- 30 чивом состоянии магнп1 ометра дополнительного инвертирующего звена ° Обратная связь магнитометра становится положительной, начинается быстрое изменение тока обратной связи и соот- 35 ветственно потока магнитного поля через СКВО 1, Когда магнитный поток изменится на Ф,/4 относительно исход- ного, обратная связь опять становится отрицательной, но ток обратной связи 40 продолжает изменяться, пока рабочая точка не сместится на Ф,/2 относительно исходного состояния. Таким образом, периодический сдвиг фазы выходного напряжения блока 15 инвер- 45 сии относительно сигнала генератора

13 сигнала модуляции на угол 180 сопровождается периодическими скачкообразными переходами рабочей точки магнитометра между состояниями пФ 50 о и (и+1/2)Ф, (на фиг. 2б — переходы между точками пересечения графика (Ф/Ф ) с осью абсцисс, где U >, — выходное напряжение синхронного детектора 10).

Устройство работает следующим обВ свою очередь, как видно иэ фнг.?а, этот переход вызывает изменение напряжения на резонансном контуре 2 в моменты амплитудных значений модулирующего потока, если го раэмах по величине отличается от полупериода зависимости П, (Ф). !;люч 9 открывается строб-импульсамн формирователя 12 на короткое время в моменты амплитудных значений сигнала модуляции, пропуская на вход дополнительного синхронного детектора IО импульсную последовательность (фиг.2в), причем количество импульсов N в каж дом состоянии блока 15 инверсии равно коэффициенту деления делителя 14 частоты. Если размах модулирующего сигнала не оптимален, то амплитуда импульсов на входе второго синхронного детектора IO изменяется синхронно с сигналом делителя 14 частоты, благодаря чему на выходе второго синхронного детектора IО появляется напряжение расстройки, пропорциональное разнице между размахом потока магнитного поля модуляции и оптимальным размахом (фнг.2г), причем знак этого напряжения изменяется при изменении знака расстройки. Поступая на вход блока 11 регулирования, напряжение расстройки формирует на ее выходе управляющий потенциал, который через аттенюатор 4 изменяет уровень сигнала модуляции в сторону уменьшения абсолютной величины расстройки от оптимального значения. Тем самым замыкается цепь отрицательной обратной связи по сигналу модуляции и прбисходит его автоматическая настройка, Уменьшение абсолютной величины расстройки модулирующего сигнала сопровождается уменьшением абсолютной величины напряжения на выходе второго синхронного детектора 10, Когда зто напряжение становится близким к нулю (оптимальный размах сигнала модуляции), блок ll регулирования вырабатывает команду на с:ключение электропитания ключа 9, детектора 10, блока 1I, формирователя 12 и делителя 14 при сохранении оптимального управляющего потенциала для аттенюатора 4 на своем выходе и магнитометр готов к работе °

В случае необходимости настройку повторяют, включая электропитание ключа 9 — формирователя 12 и делителя 14 частоты.

Коэффициент деления частоты Н выбирают достаточно большим, чтобы время, sa которое происходит переход

1371234 магнитометра из одного устойчивого состояния в другое, было меньше времени его нахеждения в каждом иэ состояний. Длительность импульсов формирователя l2 выбирают много меньше периода сигнала модуляции, чтобы снизить овнбку, связанную с кривизной его Форшмак

Формула изобретения

Устройство для настройки сверхпроводящего квантового магнитометра, содержащее сверапроводящий датчик магнитного потока с одним переходом

Джозе4)сона, индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу генератора высокой частоты, выходу интегратора, выходу аттенюатора сигнала модуляции и к входу усилителя высокой частоты, выход которого через последовательно соединенные амиаитудный детектор и первый синхронный детектор соединен с-интегратором, а также последовательно соединениые электронный ключ, второй синхронный детектор и блок регулирования, причем сигнальный вход элект5 ронного ключа .соединен с выходом амплитудного детектора, управляемый вход электронного ключа подключен к вы» ходу формирователя строб-импульсов, а выход блока регулирования соедин нен с управляемым входом аттенюатора сигнала модуляции, генератор сигнала модуляции с подключенными к его выходу опорным входом первого синхронного детектора и входами формиро

1 вателя строб-импульсов и делителя частоты, выход которого соединен с опорным входом второго синхронного детектора, а также с управляеиви входом блока инверсии, о т л и ч а ю20 ш е е с я тем, что, с целью повыше ния точности настройки сигнала модуляции, сигнальный вход блока инверсии

Э связан с выходом генератора сигнала модуляции,,а выход блока инверсии

25 подключен к сигнальному входу аттенюатора сигнала модуляции.

1371234

®юоФ

®0

Составитель Л.Устинова

Редактор Т,Лошкарева Техрсд Л.Олийнык Корректор М.Нарощи

Заказ 2566

Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4