Устройство для измерения характеристик сверхпроводящих образцов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик сверхпроводящих образцов. Целью изобретения является повышение точности и сокращение времени при измерении характеристик сверхпроводящих образцов. Устройство для измерения характеристик сверхпроводящих образцов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 19/00, 33/035

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4690716/21 (22) 10.05.89 (46) 07.09.91, Бюл, М 33 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института низких температур АН УССР (72) M.Я,Фенстер (53) 621.317 (088.8) (56) Лобанов К.Б, Малоиндуктивный СКИ с двумя мостиковыми контактами. — ЖТФ, 1976, 46, вып. 11. с. 2443-2445.

„., SU „1б75789 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ОБРАЗЦОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик сверхпроводящих образцов. Целью изобретения является повышение точности и сокращение времени при измерении характеристик сверхпроводящих образцов. Устройство для измерения характеристик сверхпроводящих образцов

1675789

20

45 содержит формирователь 1 постоянного тока, формирователь 2 переменного тока, формирователь 3 тока соленоида, смеситель 4, криостат 5 с образцом, формирователь 6 сигнала калибровки, усилитель 7 с синхронным детектором, аналоговый коммутатор 8, элемент И 9, АЦП 10, группу 11 элементов

И, мультиплексор 12, ЦАП 13 и 14, ОЗУ 15, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик сверхпроводящих образцов, Целью изобретения является повышение точности и сокращения времени при измерении характеристик сверхпроводящих образцов, На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы работы устройства в режиме измерения ВАХ; на фиг. 3 — функциональная схема блока измерения критического тока; на фиг. 4 — временные диаграммы его работы; на фиг. 5 — функциональная схема оперативного запоминающего устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит формирователь 1 постоянного тока, формирователь

2 переменного тока, формирователь 3 тока соленоида, смеситель 4, криостат 5 с образцом, формирователь 6 сигнала калибровки, усилитель 7 с синхронным детектором, аналоговый коммутатор 8, элемент И 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, элементы И 11, мультиплексор 12, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 13 и 14, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 15, одновибратор 16, регистр 17, элемент ИЛИ 18, блок IQ измерения критического тока, элемент 20 задержки, элементы

И 21-25, элементы ИЛИ 26 и 27, RS-триггеры 28 — 30, элементы И 31 и 32, счетчики-делители 33 и 34, генератор 35 тактовых импульсов, усилитель 36 тока, элемент ИЛИ

37, элемент И 38.

Блок 19 измерения критического тока (фиг, 3) содержит компараторы 39 и 40, формирователи 41 и 42, элемент ИЛИ 43, RSтриггер 44, элемент И 45, элементы ИЛИ 46 и 47, RS-триггеры 48 и 49, счетный триггер

50, RS-триггеры 51 и 52, одновибратор 53, элементы И 54-57, элемен ИЛИ 58, RSтриггер 59, счетчик 60, реверсивный счетчик

61, элемент И 62 и формирователи 63 и 64.

ОЗУ 15 (фиг. 5) содержит реверсивные счетчики 65 и 66, формирователь 67, элементы И 68 и 69, RS-триггеры 70 и 71, мультиодновибратор 16, регистр 17, элемент ИЛИ

18, блок 19 измерения критического тока, схему 20 задержки, элементы И 21 — 25, элементы ИЛИ 26 и 27, RS-триггеры 28-30, элементы И 31 и 32, счетчики-делители 33 и 34, генератор 35 тактовых импульсов, усилитель 36 тока, элемент ИЛИ 37, элемент И 38.

1 з,п, ф-лы, 5 ил, плексор 72, формирователи 73 и 74, элементы ИЛИ 75-77, матрицу 78 ОЗУ, RS-триггер

79, элемент И 80, элемент 81 задержки, регистр 82, элемент 83 задержки, RS-триггер

84, элемент ИЛИ вЂ” НЕ 85, формирователь 86, элемент 87 задержки.

Устройство работает в трех режимах:, регистрация ВАХ, регистрация ВПХ и регистрация зависимости! кр = {Н).

Каждая из характеристик записывается и хранится в ОЗУ 15. Память ОЗУ 15 (в данном случае 4Кх11 разрядов) распределена на четыре блока по 1000 ячеек, В первый блок с адресами 0 — 999 записывается прямой ход ВАХ, во второй блок с адресами

2023 — 1024 — обратный ход ВАХ, в третий блок с адресами 2048 — 3047 записывается

ВПХ, в четвертый блок с адресами 30724071 — зависимость 1кр = (Н).

Временные диаграммы (фиг. 2) работы устройства в режиме регистрации ВАХ представляют следующие зпюры напряжений: на шине "Пуск" устройства {а), на выходе элемента 20 задержки (б), на выходе

25 элемента И 22 (в), на выходе триггера 28— триггера ВАХ (г), на выходе элемента ИЛИ

37 (д), на инверсном выходе триггера 70 ОЗУ

15 (е), на инверсном выходе триггера 71 ОЗУ

15 (ж), на выходе триггера 84 ОЗУ 15 (з), на выходе элемента И 80 ОЗУ 15, "Пуск АЦП" (и), на выходе элемента 87 задержки ОЗУ 15

{к), на выходе формирователя 2 переменного тока {л) и на выходе аналогового коммутатора 8 (м).

В исходном состоянии ОЗУ находится в режиме чтения и на экране осциллографа можно наблюдать выбранную часть памяти

ОЗУ (по два блока), в данном случае прямую и обратную ветви ранее записанной кривой

ВАХ. После сигнала "Пуск" (фиг. 2а), в первый, второй и третий формирователи тока происходит занесение начального кода, находящегося на входах О, Выходной сигнал элемента 20 задержки (фиг. 26), пройдя элемент И 22 {фиг, 2в), устанавливает в "1" триггер 28 режима ВАХ (фиг. 2г). ОЗУ 15 работает с этого момента в двух режимах;

1675789

"Чтение" и "Запись", опредеялемых состоя- дение напряжения с выхода формирователя нием триггера 84 ОЗУ 15. Режим записи 2 переменного тока на вход формирователя включается только тогда, когда при работе 6 сигналов калибровки (фиг, 2м). счетчика 65 в режиме сложения на его выхо- Режим записи ВПХ отличается тем, что дах образуется код 1000, а в режиме вычи- 5 значение переменного тока устанавливаеттания появляется перенос, Управление ся при начальном занесении и в дальнейсчетчиком 65 производится триггером 70 ре- шем не изменяется. Ток через обмотку жима чтения (фиг. 2е). Этот триггер меняет соленоида увеличивается после записи в направление счета счетчика 65 и, одновре- очередную ячейку 03У. Этот ток обеспечименно, подключает к адресной части ОЗУ 10 вается формирователем 3 тока соленоида за старший разряд блока (и + 1). Мультиплек- счет того, что на тактовый вход формировасор 72 ОЗУ 15 подключает к адресной части теля 3 поступают импульсы с пятого выхода либо код счетчика 65 чтения, либо код счет- ОЗУ 15, предварительно прошедшие через чикаббзаписи. Висходномсостояниисчет- элемент И 32 и элемент ИЛИ 18; В этом чик 66 находится в режиме сложения и 15, режиме запись производится в ячейки с адсброшен в нуль (фиг. 2ж), Первыи "1000" ресами 2048 — 3047. импульс чтения (фиг. 2д) устанавливает Режим записи 1кр = f(H) обеспечивается триггер 84 в "1", запускает АЦП 10 (фиг. 2и) блоком 19 измерения критического тока и при получении сигнала "Конец измерения (фиг, 3), а временные диаграммы его работы

АЦП" сигналом с выхода элемента ИЛИ вЂ” НЕ 20 (фиг. 4) представляют зпюры напряжений:

85 производит запись кода АЦП в первую на первом входе блока (а}, на втором входе ячейку ОЗУ(фиг, 2з), добавляя "1" в счетчик блока (б), ток через образец (в), на выходе

66 записи (фиг. 2к). Одновременно на "1" компаратора 39 (г), на выходе компаратора увеличивается код счетчика в формировате- 40 (д), на выходе триггера 48 (е), на выходе ле 2 переменного тока и его амплитуда уве- 25 триггера 49 (ж), на единичном выходе тригличивается на 0,1 (фиг. 2л). Матрица 78 гера 59 (з), на выходе элемента ИЛИ 58 (и), ОЗУ переходит в режим чтения второй части на выходе триггера 52 (к), на выходе одноОЗУ(адреса 2023-1024). При появлении им- вибратора 53 (л), на шестом выходе блока пульса на выходе переноса счетчика 65 про- (м), на выходе элемента И 57 (н), на втором исходит запись во вторую ячейку ОЗУ, ЗО выходе блока (о), на третьем выходе блока увеличение кода счетчика 66 и амплитуды (и) и на первом выходе блока (р), формирователя 2 переменного тока. Проце- Блок 19 измерения критического тока дура продолжается до тех пор, пока не про- работает следующим образом, исходит запись в 1000 ячейку ОЗУ, В этот Напряжение с выхода усилителя 7 подамомент триггер 71 изменяет свое состояние 35 ется на первые входы компараторов 39 и 40, и переводит счетчик бб в режим вычитания. на второй вход компаратора 39 подается

Следующий импульс записи производит за- напряжение первого порога, превышающее пись в ячейку с адресом 1024+ 999 = 2023, значение напряжения шумов, на второй так как "1" с выхода триггера 71 передается вход компаратора 40 подается напряжение через мультиплексор как (и + 1) разряд ОЗУ 40 такой величины, чтобы отрезки проекции (для данного примера 11 разряд адреса). ВАХ ча линию абсцисс между точкой переОдновременно происходит уменьшение то- сечения ее с линией абсцисс и первым поканавыходеформирователя2переменного роговым значением и между двумя тока. Последняя запись в данном режиме пороговыми значениями были бы равны происходит в ячейку с адресом 1024, после 45 между собой. чего сигналом переноса счетчика 66сбрасы- После сигнала "Пуск" (фиг, 4а} и начальваются триггеры 71, 28 и триггер 79 записи ного занесения в первый, второй и третий

ОЗУ, формирователи тока начинается подача такДля калибровки устройства в началеза- товых импульсов в формирователь 1 постописи в первую(или несколько первых) ячей- 50 янного,тока, запись информации в ку ОЗУ записывается сигнал калибровки. В последнюю четверть ОЗУ, Ток через обраэто время исследуемый образец находится зец начинает возрастать (фи . 4в) и на выхов сверхпроводящем состоянии. На вход уси- де усилителя 7 появляется напряжение(фиг. лителя 7 от формирователя 6 сигнала калиб- 4б). Когда это напряжение превышает заровки, который представляет собой 55 данный уровень первого порога, компарапонижающий трансформатор с двумя рав- тор 39 срабатывает и через формирователь ными выходными обмотками, подается из- 41 устанавливает в "1" триггер 48 первого вестный сигнал, время действия которого компаратора (фиг, 4е). С этого момента такопределяется длительностью работы одно- товые импульсы генератора 35 тактовых имвибратора 16, который разрешает прохож- пульсов с четвертого входа блока проходят

16/5789

10

20 через элементы И 47 и 54, ИЛИ 58 и поступают на счетный вход реверсивного 61 счетчика (фиг. 4и), который находится в ис. ходном состоянии в режиме сложения от триггера 59, Когда напряжение на выходе усилителя 7 достигает величины второго значения (фиг. 4б), срабатывает второй компаратор 40 (фиг. 4д) и через формирователь

42 сбрасывает в нуль триггеры 48 и 59 и устанавливает в "1" триггеры 49 и 51, Счетчик 61 переходит в режим вычитания и одновременно в этот режим переходит блок формирователя 1 постоянного тока, Импульсы с выхода счетного триггера 50 через элемент И 55 и элемент ИЛИ 58 поступают на счетный вход реверсивного счетчика 61 с частотой, вдвое меньшей, чем частота тактовых импульсов. Момент, когда счетчик 61 переходит в нуль, считают моментом определения критического тока, 3 этот момент из сигнала переноса счетчика 61 формирователем 64 формируется импульс, который пройдя элемент И 62 (необходимый для блокировки возможного переноса в режиме сложения), подается в качестве строба занесения кода счетчика формирователя 1 постоянного тока в регистр 17 (фиг. 4о). Код из регистра 17 через мультиплексор 12 подается для записи в ОЗУ 15. Этим же сигналом триггер 52 устанавливается в "1" (фиг. 4к) и разрешает прохождение заданного количества тактовых импульсов на счетный вход счетчика 60 через элемент И 56, Это число импульсов определяется тем значением то, ка через образец, до которого необходимо провести его уменьшение, чтобы образец перешел в сверхпроводящее состояние. Это значение определяется тем разрядом счет чика 60, который подключается к формирователю 63, Например, при задержке на 16 импульсов, к входу формирователя 63 подключается пятый разряд счетчика 60. Сигнал с формирователя 63 (фиг. 4м) сбрасывает в исходное состояние триггеры

52, 51 и 44, запускает одновибратор 53 (фиг.

4л) и прибавляет "1" в счетчик формирователя 3 тока соленоида. На фиг, 4п показаны сигналы блокировки, которые вырабатываются при срабатывании компараторов 39 и

40. В эти моменты в ОЗУ записывается нулевой сигнал, так как элементы И 11 блокируются. На фиг. 4р показан сигнал на инверсном выходе триггера 51, управляющий режимом формирователя 1 постоянного тока.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения характеристик сверхпроводящих образцов, содержа25

55 щее формирователь постоянного тока, формирователь переменного тока, выходы которых соединены с входами смесителя, подключенного выходами к клеммам для подключения образца, потенциальные выводы которого через формирователь сигнала калибровки соединены с входами усилителя с синхронным детектором, соленоид, формирователь тока соленоида, токовые выходы которого подключены к обмотке соленоида, и криостат, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, в него введены аналого-цифровой преобразователь, блок измерения критического тока, оперативное запоминающее устройства, генератор тактовых импульсов, два счетчика-делителя, два цифроаналоговых преобразователя, элемент задержки, три триггера, аналоговый коммутатор, регистр, одновибратор, элементы И, ИЛИ, усилитель тока, причем шина "Пуск" соединена с установочными входами формирователей постоянного и переменного токов и тока соленоида, а через элемент задержки подключена к первым входам первого, второго и третьего элементов И и установочному входу первого триггера, первый сбросовый вход которого соединен с первыми сбросовыми входами второго и третьего триггеров, с седьмым входом блока измерения критического тока, с пятым входом блока оперативного запоминающего устройства, с шиной "Сброс", а также со сбросовыми входами формирователей постоянного и переменного тока и тока соленоида, входы начального занесения которых подключены к шинам занесения, выход усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя и второму входу блока измерения критического тока, третий вход которого соединен с шиной режима критического тока и вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу блока измерения критического тока и к первому входу первого элемента ИЛИ, к второму и третьему входам которого подключены соответственно выходы второго и третьего элементов И и установочные входы второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно, с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых подключены к пятому выходу блока оперативного запоминающего устройства, шестой выход которого соединен с вторыми сбросовыми входами первого и второго триггеров и первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий вход которого подкл.очены к выходам шестого и седьмого элементов И, первые входы которых

1675789

30

40

ИЛИ и через одновибратор к управляющему 50 входу аналогового коммутатора, вход кото. рого соединен с выходом формирователя . переменного тока, а выход — с входом формирователя сигнала калибровки, выход чет55 подключены соответственно к шинам режимов измерения вольт-полевых характеристик и критического тока, а вторые входы соединены с вторым сбросовым входом третьего триггера и седьмым выходом оперативного запоминающего устройства, первый и второй выходы которого подключены соответствено к входам первого и второго цифро-аналоговых преобразователей, а третий выход оперативного запоминающего устройства соединен с входом "Пуск

АЦП", выход "Конец изме рения АЦП" подключен к первому входу оперативного запоминающего устройства, к вторым входам которого подключены выходы мультиплексора, к первым входам которого через элемент И подсоединены выходы аналого-цифрового преобразователя, к вторым входам мультиплексора — выходы регистра, информационные входы которого подключены к кодовому выходу формирователя постоянного тока, а вход занесения соединен с вторым выходом блока измерения критического тока, шестой выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу пятого элемента И, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с тактовым входом формирователя тока соленоида, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика-делителя и первым входом десятого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а выход подключен к первому входу четвертого элемента

ИЛ И, выход первого счетчика-делителя подключен к четвертому входу блока измерения критического тока и к входу второго счетчика-делителя, выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера и к входу усилителя тока, выход которого подключен к выходу устройства, выход девятого элемента И соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с четвертым входом блока оперативного запоминающего устройства, третий вход которого подключен к выходу первого элемента вертого элемента И подключен к тактовому входу формирователя переменного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с шестым входом блока оперативного запоминающего устройства, третий выход блока измерения критического тока соединен с

15 вторыми входами восьмого элемента И, четвертые выходы блока измерения кригического тока подключены к управляющим входам мультиплексора, пятый выход блока измерения критического тока соединен с тактовым входом формирователя постоянного тока, первый выход блока измерения критического тока и четвертый выход блока оперативного запоминающего устройства подключены соответственно к входам режима работы формирователей постоянного и переменного токов.

2. Устройствопо п.1,отличаю щеес я тем, что блок измерения критического тока выполнен в виде двух компараторов, RS-триггеров, счетчика, формирователей, реверсивного счетчика, счетного триггера, одновибратора, элементов И, ИЛИ, причем первый установочный вход первого триггера соединен с первым входом блока, объединенные первые входы первого и второго компараторов соединены с вторым входом блока, объединенные вторые входы третьего седьмого элементов И соединены с третьим входом блока, объединенные второй вход первого элемента И и первый вход второго элемента И соединены с четвертым входом блока, вторые входы первого и вто рого компараторов соединены соответственно с пятым и шестым входами блока, объединенные первый вход первого элемента ИЛИ, вторые сбросовые входы первого, второго и третьего триггеров соединены с седьмым входом блока, инверсный выход третьего триггера, выход третьего элемента

ИЛИ соединен с первым и третьим выходами блока, обьединенные выход четвертого элемента И, установочный вход второго триггера и второй вход первого элемента

ИЛИ соединены с вторым выходом блока, прямой и инверсный выходы первого триггера соединены с четвертыми выходами блока, обьединенные выход первого элемента И, тактовый вход счетного триггера и первый вход пятого элемента И соединены с пятым выходом блока, объединенные выход третьего формирователя, вход одновибратора и первые сбросовые входы первого, второго и третьего триггеров соединены с шестым выходом блока. прямой выход первого триггера соединен с первым входом

nppsoro элемента И, выходы первого и второго компараторов соединены с входами первого и второго формирователей, выход первого формирователя соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и установочным входом шестого триггера, выход второго формирователя соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ и первым входом седьмого элемента И, выход которо1675789

Фиг. 3 го соединен с вторым сбросовым входом шестого триггера, установочными входами третьего, пятого триггеров, сбросовым входом четвертого триггера, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым сбросовым входом шестого триггера, сбросовым входом пятого триггера, установочным входом четвертого триггера, сбросовым входом счетного триггера, сб расовыми входами счетчика, реверсивного счетчика, выход счетного триггера соединен с вторым входом шестого элемента И, первый вход которого соединен с выходом пятого триггера, выход шестого триггера соединен с вторым входом пятого элемента И, выходы пятого и шестого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом реверсивного счетчика, 5 вход режима работы которого соединен с прямым выходом четвертого триггера, выход переноса реверсивного счетчика через четвертый формирователь соединен с первым входом четвертого элемента И, второй

10 вход которого соединен с инверсным выходом четвертого триггера, выход второго триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к тактовому входу счетчика, выход которого

15 подключен к входутретьего формирователя.

1б75789

Составитель О.Раевская

Техред М.Морге нтал Корректор В.Гирняк

Редактор Н.Бобкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул,Гагарина, 101

Эакаэ 2999 Тираж Подписное

В НИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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