Градиентометр с переменной базой

 

ОЛ ИСАНИЕ изовеатИНИя

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii)980030 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 08.06.81(21) 3297636/18 21 с присоединением заявки ЭЙ— (23) Приоритет—

Опубликоваио07.12.82. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 07.12.82 (5l )Nl. Кл.

G 01 R 33/035

3Веударстеаиаб квинтет

СССР ао денем нзобретеннй н открнтнй

{53) УДК621.317.. 44(088.8) (72) Авторы изобретения

И. Д. Войтович, А. Н. Королев и В. Н. Сосницк й

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украийской" &Ж. ! (7I ) Заявитель (54) ГРАДИЕНТОМЕТР С FIEPEMEHHOA БАЗОЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения слабых магнитных полей и их градиентов (в качестве детектора магнитных аномалий).

Известен градиентометр, содеркащий трансформатор потока, выполненный в ви. де двух проволочных приемных катушек, включенных навстречу друг другу. Сигнал, вьщеленный из трансформатора по1О тока измеряется с помощью ВЧ-сверхпроводящего квантового интерференционного детектора (СКВИДа) (1) . Основными недостатками такого устройства являются сложность и нестабильность балансиI5 ровки по трем компонентам магнитного поля, постоянная база, которую невозможно изменять в процессе работы, и невозможность одновременного измерения величины магнитного поля и его градиен- то та.

Известен также градиентометр, содеркаший две приемные катушки, первый .СКВИД, выход которого соединен с входом первого усилителя, интегратор, пер- < вый резистор (2) .

Его недостатком являются экие функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности в процессе работы произвольно изменять базу градиентометра в зависимости от расстояния до источника сигнала (размер базы ограничен размером подложек датчика, а всякое увеличение базы сопровождаетоя увеличением итщуктивности градиентометра за счет удлинения связей и, следовательно, ухудшением чувствительности прибора; невозможностью одновременного измерения магнитного поля и градиента; сложностью метода и нестабильностью параметров системы механических перемещений для балансировки градиентометра.

Бель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что и грвдиентометр с переменной базой, содеркаший две приемные катушки, первый сверхпроводяший квантовый интерфе3 980030 4

Выход которого со» Пилообразный ток питания от генеравого усилителя, ин- тора 23 тока разветвляется в СКВИДы истор, введены вто- 1 и 2. Переменный резистор 12 служит ий квантовой интер- для уравновешивания СКВИДов по критиор, второй и третий ческому току. Резисторы 13 — 16 создаетектор, элемент ют ассиметрию характеристики j< (Н) генератор тока, интерферометров и, таким образом, повыпеременный резистор, шают чувствительность устройства за о усилителя через счет выбора рабочей точки на крутом ренционный детектор единен с входом пер тегратор, первый рез рой сверхпроводяш ференционный детект усилители, фазовый д фиксации, компаратор четыре резистора и причем выход первог последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор и второй усилитель подключен к выходной шине и через первую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводяшего квантового интер» ференционного детектора — к обшей шине, выход второго сверхпроводяшего квантового интерференционного детектора через третий усилитель соединен с другим входом фазового детектора и с первым входом элемента фиксации, второй вход которого через генератор тока соединен с обьединенными выводами первого резистора и переменного резистора, другие выводы которых через соответствуюшие резисторы подключены к входам питания 25 сверхпроводяших квантовых интерференционных детекторов, а выход через последовательно соединенные компаратор, первую внешнюю катушку индуктивности второго сверхпроводяшего квантового интерференционного детектора и вторую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводяшего квантового интерференционного детектора подключен к обшей шине, приемные катушки подключены соответственно к третьей внешней катушке индуктивности первого сверхпроводяшего квантового интерференционного детектора и к второй внешней катушке индуктивности второго сверхпроводяшего квантового

40 интерференционного детектора.

На чертеже представлена схема градиентометра с переменной базой.

Градиентометр с переменной базой содержит сверхпроводяший квантовый интерференционный детектор (СКВИД) 1, сверх- проводяший квантовый интерференционный детектор (СКВИД) 2, усилители 3 - 5, фазовый детектор 6, элемент 7 фиксации, компаратор 8, приемные катушки 9 и 10, первый резистор 11, переменный резистор 12, резисторы 13 — 16, внешние катушки 17 - 21 индуктивности СКВИДов, интегратор 22, генератор 23 тока. склоне характеристики.

При достижении током питания критического значения на интерферометре скачком появляется напряжение, которое поступает на усилитель 4, Выходной импульс усилителя 4 первого канала, соответствуюший моменту переключения

CKBMQa ", управляет элементом фиксации 7. В компараторе 8 зафиксированное значение критического тока с сравнивается с опорным значением ) с, которое задает положение рабочей точки. На выходе компаратора 8 формируется ток обратной связи ос„, который удерживает

СКВИД 1 в заданной рабочей точке. При

Ф = Ф ток- ) p < удерживает в рабочей точке и СКВИД 2.

Если Ф, Ф Ф, то критический ток

СКВИДа 2 больше или меньше критического тока СКВИДа 1 и, следовательно, переключение СКВИДа 2 произойдет позже или раньше переключения СКВИДа 1.

Фазовый детектор 6 сформирует импульс, длительность и знак которого зависят от разности Ф -Ф . Интегрируя этот импульс в интеграторе 22 и управляя полученным уровнем напряжения усилителем 5, на выходе последнего получим ток обратной связи СКВИДа 2, пропорциональный

Ф, - Ф2.

Таким образом, регистрируя 1ос, характеризуюшего Ф,, и ) ос,, характеризуюшего Ф -Ф, производим одновремену 1 ное измерение магнитного поля и его градиента. Балансировка двух приемных катушек 9 и 10 производится автоматически за счет выбора режима управляю» шей электроники.

Предлагаемое устройство имеет широкие функциональные возможности одновременного измерения величины магнитного поля и его градиента; изменения в широких пределах базы и произвольной ориентации приемных катушек; электронной балансировки градиентометра.

Градиентометр с переменной базой ра- >> ботает следуюшим образом.

На приемные катушки 9 и 10 градиентометра действуют потоки Ф и Ф .

В предлагаемой конструкции в качестве измерительного принципа использована высокая скорость переключения СКВИДов из сверхпроводяшего состояния в нормаль5 9800 ное, что обеспечивает высокое разрешение метода регистрации сигнала.

Формула изобретения

Градиентометр с переменной базой, содержащий две приемные катушки, первый сверхпроводяший квантовый интерференционный детектор, выход которого !О соединен с входом первого усилителя, интегратор, первый резистор, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены второй сверхпроводяший квантовый интерференционный детектор, второй и третий усилители, фазовый де тектор, элемент фиксации, компаратор, генератор тока, четыре резистора и переменный резистор, причем выход первого щ усилителя через последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор и второй усилитель подключен к выходной шине и через первую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводящего д квантового инте рфе ренционного детектора - к обшей шине, выход второго сверхпроводящего квантового интерференционного детектора через третий усилитель соединен с другим входом фазового детектора и с первым входом элемента фиксации, второй вход которого через ге30 d нератор тока соединен с объединенными выводами первого резистора и переменного резистора, другие выводы которых через соответствующие резисторы подключены к входам питания сверхпроводящих квантовых интерференционных детекторов, а выход через последовательно соединенные компаратор, первую внешнюк катушку индуктивности второго сверхпроводящего квантового инте рференционного детектора и вторую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводящего квантового инте рференционного детектора подключен к обшей шине, приемные катушки подключены соответственно к третьей внешней катушке индуктивности первого сверхпроводящего квантового интерференционного детектора и к второй внешней катушке индуктивности второго сврехпроводяшего квантового интерференционного детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.00ейпа6 М,Pelricek V,TicbvR and Toеоаеи г. 4ow-йехие(5аОэЭ na©e

net c encLosure. Cryogenics, 3uf,3 197я p.p..

4 Х7-4 Ъ1

2.КеСсЬеи м R,Gonbav . Ф.М аиб

clarke 3. Superconduct18g 1 1и-& и podrome% 3.3-АррЕ.Pbg.5,49(7),ЗЪРэ 497&,ðð

4Н1- Ф Иб.

ВНИИПИ Заказ 9352/35 Тираж 717 Подписное

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