Цифровой сквид - магнитометр

Цифровой сквид - магнитометр

Реферат

 

Изобретение относится к магнитным измерениям. Цифровой сверхпроводниковый квантовый интерференционный датчик (СКВИД)-магнитометр содержит СКВИД 1 с резонансным контуром, генераторы 2 и 3 высокой и низкой частоты соответственно, высокочастотный усилитель 4, амплитудный детектор 5, формирователи 6, 9 коротких импульсов, формирователь 7 меандра, умножитель 8 частоты, элемент 10 задержки, фазовый детектор 1 1, регистратор 12, фильтр 13 низких частот, D-триггер 14, ждущий мультивибратор 15. Цифровой СКВИД-магнитометр имеет повышенную помехоустойчивость. 4 ил.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в устройствах для измерения магнитных и электрических величин. Цель изобретения повышение помехоустойчивости цифрового сверхпроводникового квантового интереференционного датчика (СКВИДа). Это достигается тем, что в цифровой СКВИД магнитометр, содержащий СКВИД, резонансный контур, подключенный к генератору высокой частоты, генератору низкой частоты и входу высокочастотного усилителя, выход которого соединен с амплитудным детектором, и первый формирователь коротких импульсов, а второй выход генератора низкой частоты через последовательно соединенные формирователь меандра, умножитель частоты, второй формирователь коротких импульсов и элемент задержки соединен с первым входом фазового детектора, выход которого соединен с регистратором, введены фильтр низких частот, D - триггер и ждущий мультивибратор причем выход формирователя меандра соединен с входом установки нуля D-триггера, а выход амплитудного детектора с входом фильтра низкой частоты, выход которого через формирователь импульсов соединен с входом синхронизации D-триггера, выход которого через ждущий мультивибратор соединен с вторым входом фазового детектора. На фиг. 1 представлена схема цифрового СКВИДа магнитометра; на фиг. 2 - вольтпотоковая характеристика СКВИДа; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие изменения фазы модулирующего сигнала при изменении магнитного потока на один квант; на фиг. 4 временные диаграммы, где а вид выходного сигнала генератора 3 низкой частоты; б вид выходного сигнала формирователя 7 меандра; в вид выходного сигнала амплитудного детектора 5; г вид выходного сигнала фильтра 13 низкой частоты; д вид выходного сигнала первого формирователя 6 коротких импульсов; е вид выходного сигнала D-триггера 14; ж вид выходного сигнала ждущего мультивибратора 15. Магнитометр (см. фиг. 1) содержит СКВИД 1 с резонансным контуром, последовательно соединенные генератор 2 высокой частоты и генератор 3 низкой частоты, последовательно соединенные ВЧ-усилитель 4 и амплитудный детектор 5, первый формирователь 6 коротких импульсов, формирователь 7 меандра, последовательно соединенные умножитель 8 частоты, второй формирователь 9 коротких импульсов, элемент 10 задержки, фазовый детектор 11 и регистратор 12, фильтр 13 низкой частоты, последовательно соединенные D-триггер 14 и ждущий мультивибратор 15. Цифровой СКВИД магнитометр работает следующим образом. На СКВИД 1, индуктивно связанный с резонансным, контуром и с генераторов 2 и 3 высокой и низкой частоты, подается высокочастотное (ВЧ) смещение и низкочастотное (НЧ) подмагничивание пилообразным или синусоидальным сигналом с частотой Г. При воздействии внешнего магнитного поля на датчик, фаза модулирующего сигнала меняется в соответствии с уравнением где магнитный поток в отверстии СКВИДа; F_o квант магнитного потока, равный 2,068Х10^-15 Вб. Из вольтпотоковой характеристики СКВИДа 1 (см. фиг. 2) видно, что, изменяя амплитуду подмагничивающего сигнала, подаваемого с генератора 3, напряжение на резонансном контуре СКВИДа 1 можно промодулировать частотой F, 2F и т. д. При уровне подмагничивания _o/2 напряжение U_p оказывается промодулированным сигналом с частотой 2F (cм. фиг. 2). При изменении магнитного потока в отверстии СКВИДа на один квант фаза модулирующего сигнала при частоте 2F в каждом периоде изменяется на 2, но в противоположных направлениях, как это показано на фиг. За, б, в. ВЧ-усилитель 4 усиливает промодулированное высокочастотное напряжение U_р, а амплитудный детектор 5 выделяет модулирующий сигнал (см. фиг. 4в). Продетектированный сигнал фильтруется фильтром 13 низкой частоты с частотой среза, равной 2F. Из отфильтрованного фазомодулированного сигнала (см. фиг. 4г) первым формирователем 6 импульсов формируются короткие импульсы (см. фиг. 4д), временное положение которых изменяется по закону изменения фазы продетектированного сигнала. Импульсы подаются на вход синхронизации (С) D-триггера 14 (например микросхемы 530 ТВ1). Одновременно с выхода формирователя 7 меандра импульсы поступают на вход установки нуля (R) D-триггера. При этом на выходе, D-триггера формируются импульсы, передние фронты которых совпадают с передними фронтами импульсов, поступающих на вход синхронизации С, а задние фронты совпадают с задними фронтами импульсов, поступающих на вход установки нуля (R) D-триггера. Таким образом на выходе D- триггера формируются импульсы (см. фиг. 4е), передние фронты которых меняют свое положение синхронно, с импульсами на входе синхронизации (см. фиг. 4D), а временное положение задних фронтов остается постоянным. По переднему фронту импульса (см. фиг. 4е) ждущий мультивибратор 15 формирует короткие импульсы (см. фиг. 4ж). Умножителем 8 частоты частота повторения меандра удваивается и формируются короткие импульсы вторым формирователем 9, затем элементом 10 задержки импульсы сдвигаются относительно фронтов меандра (см. фиг. 4б) так, чтобы импульсы находились в зоне положительной части меандра. При увеличении или уменьшении магнитного потока в отверстии СКВИДа 1 положение импульсов (см. фиг. 4ж), подаваемых с выхода ждущего мультивибратора 15 на входе фазового детектора 11, изменяется вправо или влево относительно опорных импульсов, подаваемых с выхода элемента 10 задержки на первый вход фазового детектора 11. Временное положение опорных импульсов не меняется. При совмещении импульсов, поступающих на вход фазового детектора 11 с выхода элемента 10 задержки 2 с импульсами с выхода ждущего мультивибратора 15 на выходе фазового детектора 11, появляется импульс, поступающий на регистратор 12, например счетчик. Количество совпадений импульсов равно количеству квантов магнитного потока, прошедших через отверстие СКВИДа 1. Поскольку мерой изменения магнитного поля является квант магнитного потока, то в описанном выше случае магнитометр измеряет изменение магнитного потока с точностью до одного кванта. Для измерений с точностью до долей кванта магнитного потока следует увеличить частоту опорной сетки, которая выбирается в зависимости от требуемой точности измерений по формуле F_опор n F_измер, где F_опор и F_измер опорная и измеряемые частоты; n любое число.

Формула изобретения

Цифровой СКВИД магнитометр, содержащий СКВИД, резонансный контур, подключенный к генератору высокой частоты, к первому выходу генератора низкой частоты и входу высокочастотного усилителя, выход которого соединен с амплитудным детектором, первый формирователь коротких импульсов, второй выход генератора низкой частоты через последовательно соединенные формирователь меандра, умножитель частоты, второй формирователь коротких импульсов и элемент задержки соединен с первым входом фазового детектора, выход которого соединен с регистратором, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены фильтр низких частот, D-триггер и ждущий мультивибратор, причем выход формирователя меандра соединен с входом установки нуля D-триггера, а выход амплитудного детектора с входом фильтра низкой частоты, выход которого через первый формирователь коротких импульсов соединен с входом синхронизации D-триггера, выход которого через ждущий мультивибратор подключен к второму входу фазового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4