Сверхпроводящий квантовый магнитометр с импульсной модуляцией

Сверхпроводящий квантовый магнитометр с импульсной модуляцией

Реферат

 

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик с резонансным контуром, подключенным к генератору низкой частоты и входу высокочастотного усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения конструкции, в него введены инвертирующий и неинвертирующий усилители, два компаратора и RS-триггер, генератор высокой частоты, причем выход амплитудного детектора соединен с входами усилителей, выходы которых соединены с сигнальными входами компараторов, стробирующие входы компараторов соединены с первым выходом генератора низкой частоты, а выходы компараторов соединены с входами RS-триггера, выход которого соединен с входом регистрирующего устройства, при этом выход генератора высокой частоты подключен к резонансному контуру и второму выходу генератора низкой частоты.

Изобретение касается магнитных измерений и может быть использовано в геофизике, океанологии, физике твердого тела, медицине. Целью изобретения является повышение быстродействия с одновременным упрощением конструкции магнитометра. На фиг. 1 представлена схема сверхпроводящего квантового магнитометра с импульсной модуляцией. Он содержит сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД) с резонансным контуром 1, генератор высокой частоты 2, генератор низкой частоты 3, высокочастотный усилитель 4, амплитудный детектор 5, неинвертирующий 6 и инвертирующий 7 усилители, первый и второй компараторы 8 и 9, RS-триггер 10 и регистрирующее устройство 11, причем резонансный контур 1 подключен к генератору низкой частоты 3 и входу высокочастотного усилителя 4, выход которого соединен со входом амплитудного детектора 5, выход которого соединен со входами усилителей 6, 7, выходы которых соединены с сигнальными входами компараторов 8, 9, стробирующие входы компараторов соединены с первым выходом генератора низкой частоты 3, а выходы компараторов 8, 9 соединены с входами RS-триггера 10, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства 11. На фиг.2 представлена вольтпотоковая характеристика СКВИДа и модулирующий сигнал, где: "а" положение модулирующего сигнала относительно положительного участка вольтпотоковой характеристики СКВИДа; "б" положение модулирующего сигнала симметрично относительно положительного и отрицательного участков вольтпотоковой характеристики СКВИДа; "в" положение модулирующего сигнала относительно отрицательного участка вольтпотоковой характеристики СКВИДа. На фиг.3 представлены временные диаграммы, где: "а" вид выходного сигнала генератора импульсов низкой частоты 3; "б" вид выходного сигнала не инвертирующего усилителя 6; "в" вид выходного сигнала первого компаратора 8; "г" вид выходного сигнала инвертирующего усилителя 7; "д" вид выходного сигнала второго компаратора 9; "е" вид выходного сигнала RS-триггера 10. Магнитометр работает следующим образом. В СКВИД 1 посредством индуктивно связанного с ним резонансного контура с генераторов высокой частоты 2 и низкой частоты 3 подается высокочастотное (ВЧ) смещение и низкочастотная (НЧ) модуляция сигналом в виде меандра. При увеличении внешнего магнитного потока Ф_е магнитный поток в СКВИДе Ф изменяется квантами магнитного потока Ф_o= 2,06810^-15 Вб. Из вольтпотоковой характеристики СКВИДа (фиг.2) видно, что при непрерывном изменении внешнего магнитного потока Ф_е например, на половину кванта, амплитуда меандра также будет изменяться непрерывно и при этом пройдет через нулевое значение (фиг. 2б). При двух других значениях внешнего магнитного потока Ф_е амплитуды меандра равны, но инвертированы по отношению друг к другу (фиг.2а, в), что является следствием симметричности пилообразной характеристики СКВИДа на участке, равном одному кванту магнитного потока. Далее при увеличении Ф_е еще на половину кванта меандра, пройдя снова через нулевое значение амплитуды, примет исходное состояние. Этот процесс, благодаря периодичности пилообразной характеристики СКВИДа, будет повторяться непрерывно с периодом, равным одному кванту магнитного потока. Высокочастотный усилитель 4 усиливает промодулированное меандром высокочастотное напряжение U_p, а амплитудный детектор 5 выделяет модулирующий сигнал, который поступает на входы неинвертирующего 6 и инвертирующего 7 усилителей. При изменении внешнего магнитного потока Ф_е происходит изменение амплитуд сигналов на выходах усилителей, неинвертирующего (фиг.3б) и инвертирующего (фиг.3г). Полный период изменения амплитуды сигналов соответствует изменению магнитного потока Ф в СКВИДе на один квант Ф_о. Сигналы с выходов усилителей подаются на сигнальные входы первого и второго компараторов 8 и 9. Одновременно на стробирующие входы компараторов с генератора низкой частоты 3 подается сигнал в виде меандра, который является одновременно модулирующим (фиг.3а). При появлении положительных импульсов на обоих входах компараторов 8 и 9 на выходах появятся также импульсы, причем при появлении импульсов на выходе первого компаратора на выходе второго они отсутствуют и наоборот. Периодичность повторения пачек импульсов на выходе каждого компаратора соответствует квантовой периодичности изменения магнитного потока регистрируемого СКВИДом (фиг. 3в, д). Далее пачки импульсов подаются на входы RS-триггера, который по первым импульсам пачек формирует импульсы (фиг.3е) с периодом повторения, соответствующим изменению магнитного потока на один квант. Число импульсов, равное числу квантов магнитного потока, регистрируется с помощью регистрирующего устройства 11, в качестве которого можно использовать счетчик, пересчетное устройство или ЭВМ.

Формула изобретения

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик с резонансным контуром, подключенным к генератору низкой частоты и входу высокочастотного усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения конструкции, в него введены инвертирующий и неинвертирующий усилители, два компаратора и RS-триггер, генератор высокой частоты, причем выход амплитудного детектора соединен с входами усилителей, выходы которых соединены с сигнальными входами компараторов, стробирующие входы компараторов соединены с первым выходом генератора низкой частоты, а выходы компараторов соединены с входами RS-триггера, выход которого соединен с входом регистрирующего устройства, при этом выход генератора высокой частоты подключен к резонансному контуру и второму выходу генератора низкой частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000