Сверхпроводниковый флюксметр
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (29) (22) (52)4 С 01 R 0
ОПИСЛНИК ИЗ0БРКтьния
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3890582/24-21 (22) 24.04.85 (46) 30. 10.87, Бюл. У 40 (72) П.А. Бахтин, В.Н. Дорошенко, В.В. Масалов и А.А. Тункин (53) 621.317.44(088.8) (56) Лихарев К.К., Ультрих Б.Т. Системы с джозефсоновскими контактами.
M. Изд-во МГУ, 1978, с. 37.
Слабая сверхпроводимость. Квантовые интерферометры и их применение.
Под ред. Шварца Б. и Фонера С.M.:
Мир, 1980, с. 156-161. (54)(5?) СВЕРХПРОВОДНИКОВЬЙ ФЛЮКСМЕТР, содержащий источник тока смещения, усилитель переменного тока, синхронный детектор, интегратор, резистор обратной связи, разделительный конденсатор, катушку обратной связи, генератор, двухконтактный сверхпроводя— щий квантовый интерферометр, подключенный к входу усилителя переменного тока, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, выход которого последовательно соединен с интегратором и первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с катушкой обратной связи и через разделительный конденсатор — с выходом генератора и вторым входом синхронного детектора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него дополнительно введены переменный резистор, постоянный резистор и компенсационная катушка, которая индуктивно связана с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферометром и электрически соединена с первым крайним выводом переменного резистора, второй крайний вывод которого соединен с катушкой обратной связи, а средний вывод соединен с источником тока смещения и через постоянный резистор соединен с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферометром.
1281010
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых изменений магнитных потокОв в области сверхнизких частот, а также для измерения лю5 бых физических величин, преобразуемых в магнитный поток, например, напряжения, тока, магнитной восприимчивости, ускорения и т.д. 10
Целью изобретения является повышение чувствительности сверхправодникового флюксметра в области низких частот, На фиг. 1 представлена блок-схема флюксметра; на фиг. 2 — зависимость выходных напряжений двухконтактног0 сверхпроводящего квантового интерферометра от модулированного внешнего магнитного потока. 20
Сверхпроводниковый флюксметр содержит источник 1 тока смещения, усилитель 2 переменного тока, синхронный детектор 3, интегратор 4, резистор 5 обратной связи, разделительный 25 конденсатор 6, катушку 7 обратной свяиз, генератор 8, двухконтактный сверхпроводящий квантовый интерферометр 9,,переменный резистор 10, постоянный резистор 11, компенсационную катушку 12, причем двухконтактный сверхпроводящий квантовый интерферометр 9 подключен к входу усилителя 2, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора 3, выход кото35
:рого последовательно соединен с интегратором 4 и первым выводом резистора 5 обратной связи, а второй вывод соединен с катушкой 7 обратной связи и через разделительный конденсатор 6 — с выходом генератора 8 и вторым входом синхронного детектора
3, а компенсационная катушка 12 индуктивно связана с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферо- 45 метром 9 и электрически соединена с первым крайним выводом переменного резистора 10, второй крайний вывод которого соединен с катушкой 7 обратной связи, а средний вывод соединен с источником 1 тока и через постоянный резистор 11 соединен с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферометром 9.
Устройство работает следующим об55 разом.
Измеряемйй магнитный поток и, как следствие, выходной сигнал двухконтактного сверхпроводящего квантового ии герферометр» 9 к луиируt те я и»; нитным потоком, наводимым к» гушкой 7 обратной связи при протекаиии через нее синусоидального тока через р»зделительный конденсатор 6 от генератора 8. Сигнал с двухконтактного сверхпроводящего квантового интерферометра
9 поступает на усилитель 2 переменного тока, а затем — на первый вход синхронного детектора 3, опорной частотой которого служит сигнал генератора. 8. Выходные сигналы Ч, и V (фиг. 2), получаемые при Ф=Ф, и Ф=Ф, изменяются с частотой модуляции и находятся по отношению друг к другу в противофаэах. Напротив, при Ф=Ф. вьгходной сигнал изменяется с удвоенной частотой модуляции и поэтому не содержит основной гармоники генератора (Ф вЂ” квант магнитного потока).
Далее выходной сигнал основной частоты преобразуется с помощью синхронного детектора 3 в управляющее напряжение, которое поступает на интегратор 4.
Если полный магнитный поток в контуре двухконтактного сверхпроводящего квантового интерферометра 9 не равен целому числу квантов магнитного потока и Ф,, то на интегратор 4 будет поступать с выхода синхронного детектора 3 напряжение коррекции, и компенсирующий магнитный поток, создавае. мый катушкой 7 обратной связи, будет изменяться до тех пор, пока полный магнитный поток не станет равным и Ф,.
При изменении внешнего магнитного потока в каждый момент времени устройство переходит в равновесное состояние с новым значением компенсирующего магнитного потока, так что полный магнитный поток в контуре интерферометра остается квазипостоянным и равным пФ . При этом ток через резистор
5 обратной связи, который создает компенсирующий магнитный поток, а вместе с ним и напряжение на выходе интегратора 4, служит непосредственной мерой величины изменения внешнего магнитного потока.
Повьш ение чувствительности предлагаемого сверхпроводникового фпюксметра достигается путем компенсации изменения паразитного магнитного потока в контуре интерферометра, вызванного нестабильностью источника 1 тока смещения и неиндентичностью сверхпроводящих контактов, составляющих смещения.
Фю 4b ю
Фм. Р
Составитель В. Зюбин
Редактор Г. Улыбина Техред И.Попович
Корректор А. Обручар
Заказ 5205 Тираж 729
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное произвол< твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
3 ) 2810 двухконтактный сверхпроводящий квантовый интерферометр 9.
Для этого последовательно к катуш.5 ке 7 обратной связи подключена компенсационная катушка 12. Соотношение потоков в катушках 7 и 12 достигается положением движка переменного резистора 10. Соотношение токов через )p интерферометр и катушки определяется параметрами резисторов 10 и )l.
Необходимым и достаточным условием независимости положения рабочей 15 точки сверхпроводникового флюксметра от дрейфа источника 1 тока смещения является выполнение соотношения
k -, Т, -L Iq
k„(L, +L,) (I, +I,)
20 где k — коэффициент, связывающий внешний магнитный поток с током смещения и суммарной индуктивностью сверхпроводящих контактов; — коэффициент пропорциональности
1 между током смещения интерферометра и током через постоянный резистор )1; и . — индуктивности сверхпроводящих контактов;
I и Т вЂ” критические токо через сверхпроводящие контакты.
Установление рабочей точки сверк1 проводникового флюксметра согласно условию (1) осуществляется переменным резистором 10. В случае симметричного двухконтактного сверхпроводя-, щего квантового интерферометра, при выполнении условия L I =L I коэфя ч фициент 1 =О, а, следовательно, потребность в компенсации нестабильности источника тока смещения отпадает.
Однако симметрия плеч сверхпроводящего квантового интерферометра на практике встречается редко.
Изобретение позволяет, по сравнению с прототипом, значительна уменьшить частоту среза избыточного шума, что повышает чувствительность сверхпроводникового флюксметра (на один— два порядка) без ухудшения остальных эксплуатационных характеристик, а также позволяет расширить температурный рабочий диапазон и уменьшить стоимость неохлаждаемой электроники за счет существенного снижения требования к стабильности источника тока
