Патент ссср 314261

 

Ф Ф

Sess, K 3 - р ..;

Ютясь го }, ° - .: c .сц.,-, Йбййбтзыg j gjg +, ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

314261

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 23.VII I.1967 (М 1180309/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 07.!Х.1971. Бюллетень ¹ 27

МПК Н Ols 1/ОО

Комитет па делам иаобретений и открытий при Совете тоинистров

СССР

УДК 621 375.8(088.8) Дата опубликования описания 15.XI I.1971

Авторы изобретения

Заявитель

ПРЕЦИЗИОННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для создания высокоточных (эталонных) и высокостабильных во времени и при изменении температуры источников постоянного тока, необходимых для выполнения самых точных измерений токов, напряжений и других величин, функционально связанных с ними.

Известный стабилизатор тока, построенный по обычной компенсационной схеме, использующий в качестве опорного элемента постоянный магнит, создающий задающий магнитный поток, обладает недостаточно высокой точностью, временной и температурной стабильностью.

Описываемый источник постоянного тока, содержащий управляемый источник тока, схему сравнения, например гелиевую камеру поглощения с системой оптической накачки, модулятор и опорный источник, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения отличается от известного тем, что в нем выход схемы сравнения через управляемый модулятором преобразователь «световой поток— напряжение» подсоединен к входу управляемого источника тока, а выход последнего соединен через сопротивление нагрузки и преобразователь «ток — напряженность магнитного поля» со вторым входом схемы сравнения, причем опорный источник, выполненный в виде кварцевого генератора гармонических колебаний, радиочастотное магнитное поле которого перпендикулярно оси оптической накачки, соединен с выходом модулятора.

Это позволяет значительно повысить точность, временную и температурную стабильность на уровне эталона тока.

На фиг. 1 изображена функциональная схема прецизионного источника тока. Гелиевый

1п поглощающий образец 1 выполняет роль элемента сравнения, который представляет собой стеклянный шарообразный баллон диаметром

40 — 60 мм, наполненный гелием при давлении

0,2 мм Не. Метастабильные атомы в поглоща15 ющем образце создаются высокочастотным разрядом, который возбуждается высокочастотны м генер атор о м 2.

Источником накачивающего монохромати20 ческого излучения с длиной волны 10830 А является гелиевая лампа 8, наполненная гелием при давлении 2 мм Не. Разряд в гелиевой лампе также возбуждается высокочастотным генератором. Излучение гелиевой лампы фор25 мируется отражателем 4, линзой 5, поляризуется поляроидом б и направляется на гелиевый поглощающий образец, пройдя через который, излучение фокусируется линзой 7 на фотодетектор 8, роль которого выполняет фо30 тодиод или фототранзистор.

Ю. Н. Бобков, H В. Кирианаки, М. И. Томаш, Л. И. Грабар и В. Н. Михайловский

314261

Постоянное магнитное поле напряженностью Н= создается током нагрузки 1„, протекающим по катушке 9. Вектор напряженности этого поля ориентируется параллельно оптической оси накачивающего излучения. Неоднородность напряженности в рабочем объеме гелиевого поглощающего образца приводит к расширению резонансной кривой. Чтобы обеспечить расширение резонансной кривой не более чем на 10 по отношению к естественной ширине ее, необходима однородность напряженности Н не хуже, чем 4 10 — . Такая однородность напряженности Н может быть создана, например, кольцами Гельмгольца.

Для обеспечения минимальных размеров устройства применяется катушка, намотанная на систему из четырех колец.

Переменное магнитное поле Н резонансной частоты, ориентированное перпендикулярно оптической оси накачивающего излучения, создается током кварцевого генератора

10, протекающим по катушке П. Частота кварцевого генератора задается с относительной погрешностью 10 — 6 — 10 — 7 и является опорной величиной, определяющей временную и температурную стабильность выходного параметра устройства.

Для исключения влияния магнитного поля

Земли и промышленных полей на напряженность поля, созданную током катушки 9, применяется магнитное экранирование. Напряженность магнитного поля Земли близка к

0,5 э. При напряженности магнитного поля катушки 9 в 1 э (такая напряженность принята из условия, чтобы напряженность в наружной области катушки у стенок экрана соответствовала такой, когда проницаемость магнитного материала — пермаллоя — максимальна) необходимо уменьшить напряженность внешнего поля в 106 раз, Степень экранирования в объеме 4 дм может быть обеспечена трехслойным цилиндрическим магнитостатическим экраном 12 при применении в качестве материала экрана пермаллоя с высоким значением магнитной проницаемости.

Для обнаружения изменения напряженности Н= тока в нагрузке и их регулирования предусмотрена следящая система, а для обеспечения возможности слежения за центром резонанса — сканирование стабилизируемого поля с низкой частотой или эквивалентная модуляция частоты кварцевого генер атор а.

Следящая система состоит из гелиевого поглощающего образца, фотодетектора, избирательного усилителя 18 низкой частоты, синхронного детектора 14 и регулирующего элемента в виде усилителя 15 постоянного тока (УПТ), включенного параллельно вспомогательному стабилизатору 1б тока (ВСТ), который предназначен для ввода и поддержания тока 1„в полосе резонанса ЛН. В качестве стабилизатора 1б используется обычный стабилизатор с кремниевым опорным элементом, который может обеспечить стабилизацию тока с погрешностью порядка 0,1, необходимою

40 для поддержания напряженности постоянного поля в полосе резонанса.

Модуляция частоты кварцевого генератора осуществляется частотным модулятором 17 с частотой /„„которая задается генератором 18 модулирующей частоты. Схема источника тока включает в себя также блок питания 19.

Стабилизация тока осуществляется следующим образом.

Когда напряженность постоянного магнитного поля, определяемая суммой токов

1вст + 1упт, соответствует центру резонансной кривой, на выходе фотодетектора имеется незначительный сигнал с частотой 2f„, а на выходе усилителя 18 сигнал отсутствует. При изменении тока 1„ на Л1 напряженность Н смещается от центра резонанса, и на выходе фотодетектора 8 и усилителя 18 появляется сигнал с частотой /„„причем в зависимости от знака изменения тока, фаза сигнала отличается сдвигом на 180, а его амплитуда пропорциональна величине изменения тока. Сигнал с усилителя 18 выпрямляется синхронным детектором 14. Синхронизация осуществляется напряжением генератора модулирующей частоты. Сигнал с синхронного детектора усиливается усилителем постоянного тока и изменяет ток в цепи нагрузки и катушки 9 таким образом, чтобы сдвинуть напряженность постоянного магнитного поля в центр резонансной линии, т. е. сводит сигнал па выходе синхронного детектора до нуля.

Блок-схема прецизионного квантового источника постоянного тока может быть такой, какой она изображена на фиг. 2.

Ток I„, протекающий через нагрузку 20, создается стабилизатором 1б и подключенным параллельно ему усилителем 15, Протекая через систему катушек 21, ток 1„создает напряженность постоянного магнитного поля

H=k I„, где k — коэффициент преобразования тока в напряженность, зависящий от размеров и числа витков системы катушек.

Напряженность Н воздействует на элемент сравнения 22. В элементе сравнения происходит преобразование напряженности в частоту v и одновременно сравнение v со стабильной частотой v< кварцевого генератора 10. На фотодетекторе имеется сигнал, пропорциональный разности частот v — vq. После усиления и выпрямления этот сигнал управляет усилителем постоянного тока, который изменяет свой выходной ток 1упт так, чтобы 1 а следовательно, и Н= сместились в центр резонанса.

Таким образом, благодаря применению гелиевого квантового датчика в виде элемента сравнения, обеспечивается чувствительность к напряженности магнитного поля в 1 лкэ, что в относительных единицах составляет величину

1 ° 10 — 6 или лучше. Применение в качестве опорной величины частоты кварцевого гене314261

Предмет изобретения

I

I

Составитель Л. Байдакова

Техред Т. П. Курилко

Редактор M. Аникеева

Корректоры: E. Г. Михеева и О. Б. Тюрина

Заказ 3330/12 Изд. № 1389 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ратора дает возможность задавать величину тока с точностью и стабильностью частоты кварца, т. е. 10 — а — 10 — .

Прецизионный источник постоянного тока, содержащий управляемый источник тока, схему сравнения, например гелиевую камеру поглощения с системой оптической накачки, модулятор и опорный источник, выход которого подключен к первому входу схемы сравне= ния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, временной и температурной стабильности на уровне эталона тока, выход схемы сравнения через управляемый модулятором преобразователь «световой поток — на5 пряжение» подсоединен к входу управляемого источника тока, а выход последнего соединен через сопротивление нагрузки и преобразователь «ток — напряженность магнитного поля» со вторым входом схемы сравнения, при10 чем опорный источник, выполненный в виде кварцевого генератора гармонических колебаний, радиочастотное магнитное поле которого перпендикулярно оси оптической накачки, соединен с выходом модулятора.