Устройство для измерения инфранизких напряжений

 

Союз Советскик

Соцнвпистическкк

Респубпнк

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1,879487 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 060280 (21) 2878124/18-21 с присоединением заявки J4 (23) П рноритет

Опубликовано 07.1181 ° Бюллетень Мт 41

{53)М. Кл.

G 01 R 19/25

3Ъеударетееккый комитет

СССР во делам изобретении и открытки

{53) УДК621.317. . 7 (088.8) Дата опубликования описания 07.11.81 (72) Автор, изобретения

Г.С.Кривой (71) Заявитель

Омский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФРАНИЗКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ

f3 = 0х/Фо, Изобретение относится к технике измерения инфраниэких электрических напряжений ниже 10 Д В с использованием явления сверхпроводимости и эф фекта Джозефсона в слабосвязанных сверхпроводниках. S

Известны автокомпенсационные вольтметры инфраниэких напряжений, в которых в качестве нуль-органа используются сверхпроводящие квантовые интерференционные датчики — сквиды, со- тв держащие сквид, электронную схему усиления, детектирования и фильтрации .сигнала со сквида, выходной измерительный прибор, цепь компенсации и связанную со сквидом катушку индук- т тивности, к зажимам которой подключено измеряемое напряжение (lj. Информация об измеряемом напряжении в таких вольтметрах представлена в аналоговой форме, что является недостатком.

Известен также вольтметр инфранизких напряжений, содержащий частичнорезистивный сквид (ресквид) ° связан ный индуктивно с колебательным контуром, подключенным к усилителю высокой частоты, на.выходе которого включен.: амплитудный детектор и частотомер 1.2), На ресквид подается магнитный поток высокочастотной (ВЧ) накачки от от- дельного генератора, подключенного к катушке, индуктивно связанной с ресквидом. Измеряемое напряжение прикладывается к реэистивному участку ресквиду.

Генератор, усилитель и детектор образуют блок ВЧ-накачки, который может быть реализован и другими средствами, например без генератора, когда для ВЧ-накачки используется автогенерация усилителя. Этот вольтметр является цифровым, причем измеряемое напряжение преобразуется в частоту в ресквиде в соответствии с соотношением Джозефсона

879487 где — частота джозефсоновской генерации;

U„ напряжение на переходе

Джозефсона, Ц,=Ь/2е = 2,07 1О Вб — квант магнитного потока.

Джозефсоновская генерация модулирует с частотой Г импеданс ресквида, что приводит к амплитудной модуляции напряжения на контуре. После усиления и детектирования этого напряжения на выходе детектора блока ВЧ-накачки появляется переменное напряжение с частотой f . Частота f> измеряется частотомером. Ввиду того, что частота пропорциональна 0g, а коэффициент пропорциональности обратная величина от кванта магнитного потока, т.е. является мировой постоянной, то калибровка вольтметра не требуется. Информация об измеряемом напряжении представляется в этом вольтметре в цифровой форме.

Амплитуда огибающей модуляции напряжения на контуре зависит от гистерезисного параметра ресквида

1 " "2 I«lс 90 где L — индуктивность ресквида;

1С вЂ” критический ток перехода

Джозефсона, входящего в ресквид.

Для нормальной работы прибора необходимо, чтобы параметр ь находился в некотором заданном интервале, так как от 0 зависит амплитуда сигнала, поступающего на частотомер. При уменьшении параметра 0 ниже 1 ресквид переходит в так называемый беэгистерезисный режим работы, и сигнал на выходе детектора уменьшается °

При этом частотомер, входное пороговое устройство которого настроено на уровень сигнала при допустимом значении параметра 1, не в состоянии измерить частоту -.

В гистерезисном режйме работы ресквид упри f > 1 ) увеличение параметра 1 сверх допустимого значения также сопровождается уменьшением амплитуды сигнала, что приводит вначале к сбоям частотомера, а при дальнейшем росте 6- к полной нечувствительности частотомера к сигналу.

Параметр ь может изменяться как в процессе непрерывной работы ресквида, например под действием изменений температуры в криостате, так и в результате термоциклирования

50 от комнатной температуры до гелиевой при многократных погружениях ресквида в криостат. Отсутствие контроля параметра 0 в известном вольтметре не позволяет судить о качестве ресквида и о достоверности измерений, что является недостатком известного устройства.

Цель изобретения — повышение достоверности измерения.

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения инфранизких напряжений, содержащее частично резистивный сквид .индуктивно связанный с колебательным контуром, подключенным к блоку высокочастотной накачки, включающему в себя последовательно соединенные усилитель высокой частоты и детектор, на выходе которого включен частотомер и входные зажимы, подключенные к реэистивной части ресквида, введены два амплитудных детектора, конденсатор, аналоговый делитель и показывающий прибор, вход одного амплитудного детектора соединен с выходом блока высокочастотной накачки, вход другого, амплитудного детектора соединен с входом первого амплитудного детектора через конденсатор, выходы амплитудных детекторов соединены с входами аналогового делителя, выход которого подключен к показывающему прибору, причем выход первого амплитудного детектора подключен к входу Делимое аналогового делителя.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения инфранизких напряжений состоит из ресквида 1 с переходом 2 Джозефсона и зажимами 3 для подачи измеряемого напряжения. Ресквид 1 индуктивно связан с катушкой 4 индуктивности колебательного контура 5, подключенного к входу усилителя 6 высокой частоты, работающего в автогенерационном режиме. На выходе усилителя 6 включен детектор 7. Усилитель 6 и детектор 7 составляют блок 8 высокочастотной накачки.. К выходу блока 8 подключены частотомер 9, амплитудный детектор

i0 непосредственно и амплитудный детектор 11 через конденсатор 12.

Выходы детекторов 10 и 11 соединены с входами аналогового делителя 13, причем детектор 10 подключен к входу

14 (Делимое). На выходе делителя

13 включен показывающий прибор 15.

87948

Формула изобретения

35

=4p о 1, (2М, Вольтамперная характеристика контура 5, связанного с ресквидом 1, является ступенчатой при параметре

Я ) 1. Для работы системы ресквид— контур выбирается первое плато характеристики, т.е. первый участок характеристики, на котором амплитуда 04, напряжения на контуре 5 остается практически постоянной при изменении в некоторых пределах амплитуды ilO

11. тока высокочастотной накачки, поступающего от усилителя 6 высокой частоты, введенного в автогенерационный режим. Высота первого плато меняется с частотой джозефсоновской генерации в пределах "параллелограм.ма", что иллюстрирует механизм амплитудной модуляции напряжения на контуре 5. Режим работы на первом плато задается коэффициентом А положительной обратной связи усилителя 6, характеризующим наклон линии обратной связи на вольтамперной характеристике Ug (ty ) контура 5. Максимальная амплитуда Ь напряжения на контуре

5 определяется соотношением

О =(ю Izs)(uu ь м)аiссоа (-< le) Ve-1 ) а интервал а, в котором колеблется амплитуда напряжения на контуре 5 под действием джозефсоновской генерации соотношением где 0 — угловая частота высокочастот ной накачки;

L — индуктивность катушки 4 ко- 40 лебательного контура 5;

И . — взаимная индуктивность катушки 4 и ресквида 1.

Отсюда отношение Ь/а равно

Ь(о=(си-coos (-4(e)+ (M 1|г и зависит почти линейно от параметра 6, что дает основания исйользовать отношение Ь/а для определения параметра 1 . На выходе детектора 7 выделя. ется огибающая амплитудной модуляции напряжения на контуре 5. Этот сигнал подается на детектор 10„ который выделяет его амплитуду, пропорциональную Ь, и через конденсатор

12 на детектор 11, который выделяет амплитуду сигнала без постоянной составляющей, пропорциональную а/2.

7 6

Делитель 13 производит деление напряжения, пропорциональное Ь, на напряжение, пропорциональное а/2

Результат деления 2Ь/а индуцируется прибором 15, шкала которого отграду- ирована в единицах параметра 5 . .3aвисимость параметра 6 от отношения

Ь/а является линейной за исключением небольшого начального участка. Это обусловливает практически линейную шкалу прибора 15 для значений параметра (. )1,5.

Введение двух амплитудных детекторов, конденсатора, аналогового делителя и показывающего прибора позволило решить задачу контроля параметра f в процессе эксплуатации устройства для измерения инфранизких напряжений. Предлагаемое устройство также может быть использовано для контроля параметра E ресквида в процессе его настройки.

Устройство для измерения инфранизких напряжений, содержащее частично-резистивный сквид, индуктивно связанный с колебательным контуром, подключенным к блоку высокочастотной накачки, включающему в себя последовательно соединенные усилитель высокой частоты и детектор, на выходе которого включен частотомер и вход- ные зажимы, подключенные к резистивной части сквида, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности измерения, введены два амплитудных детектора, конденсатор, аналоговый делитель и показывающий прибор, вход одного амплитудного детектора соединен с выходом блока высокочастотной накачки, вход другого амплитудного детектора соединен через конденсатор с входом первого амплитудного детектора, а их выходы — с входами. аналогового делителя, выход которого подключен к показывающему прибору, причем выход первого амплитудного детектора подключен к входу Делимое аналогичного делителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1-. Солимер Л. Туннельный эффект в сверхпроводниках и его применение.

M.,"Мир", 1974, с. 388.

2. Патент США - 3622881, кл. 324-120, опублик. 23.11.71.

879487

Составитель Ф.Цареградский

Техред Т.Маточка Корректор М.Пожо

Редактор Г.Петрова

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9711/14 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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