Устройство для измерения магнитного потока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, модулятор, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор, первый синхронньш детектор и интегратор , выход которого соединен с выходом модулятора, а также сверхпроводящий контур с переходом Джозефсона, Изобретение относится к устройствам для магнитных измерений и может быть использовано в георазведке Известно устройство для измерения магнитного потока, содержащее сверхпроводящий контур с переходом Джозефсона, индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным через модулятор к генератору высокой частоты и к усилителю высокой частоты , связанному через амплитудный детектор с входом синхронного детектора , другой вход которого соединен с первым выходом генератора низкой частоты йлход синхронного детектора , индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу модулятора , первый блок опорного сигнала, первый выход .которого соединен с выходом модулятора, а второй выход с вторым входом синхронного детектора , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений , в него дополнительно введены последовательно соединенные второй блок опорного сигнала, второй синхронный детектор и узкополосный фильтр низких частот, при этом второй выход второго блока опорного сигнала соединен с первым входом модулятора , выход узкополосного фипьтра « связан с вторым входом модулятора, а (Л второй вход второго синхронного детектора соединен с выходом амплитудного детектора, при этом соотношение частот сигналов первого и второго выходов второго блока опорного сигнала выбрано нечетнымо СО QO ел а соединен с входом интегра:тора, выход которого подключен на резонансный контур, к которому также подключен выход генератора низкой частоты. Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности измерения магнитного потока, так как ток через резонансный контур не стабилизируется Из известных устройств наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является устройство для измерения магнитного потока в эле ктроразв едке о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)5 G 01 R 33(02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHAM

ПРИ ГКНТ СССР

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3260604(21 (22) 11.03 ° 81 (46) 23.03 ° 91. Бюп. К 11. (71) Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (72) Я.И.Гитарц и С.В.Форганг (S3) 621.317.44(088.8) (56) Патент США У 3758854, кл, О 01 7-824, 1960, Под ред. В.С.Суркова и Э.В.Матизена. Сверхпроводимость в геоэлектроразведке Новосибирск: "Наука",1977, с.143. (54)(57) уСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА, содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, модулятор, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор, первый синхронный детектор и интегратор, выход которого соединен с выходом модулятора, а также сверхпроводящий контур с переходом Джозефсона, Изобретение относится к устройствам для магнитных измерений и может быть использовано в георазведке.

Известно устройство для измерения магнитного потока, содержащее сверхпроводящий контур с переходом

Джоэефсона, индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным через модулятор к генератору высокой частоты и к усилителю высокой частоты, связанному через амплитудный детектор с входом синхронного детектора другой вход которого соединен с первым выходом генератора низкой частоты. Выход синхронного детектора иыдуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу модулятора, первый блок опорного сигнала, первый выход .которого соединен с выходом модулятора, а второй выход— с вторым входом синхронного детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены последовательно соединенные второй блок опорного сигнала, второй синхронный детектор и узкополосный фильтр низких частот, при этом второй выход второго блока опорного сигнала соединен с первым входом модулятора, выход узкополосного фильтра е связан с вторым входом модулятора, а второй вход второго синхронного детектора соединен с выходом амплитудного детектора, при этом соотношение частот сигналов первого и второго выходов второго блока опорного сигнала выбрано нечетным.

Ж соединен с входом интегратора, выход которого подключен на резонансный контур, к которому также подключен выход генератора низкой частоты.

Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности измерения магнитного потока, так как ток через резонансный контур не стабилизируется.

Иэ известных устройств наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является устройство для измерения магнитйого потока в электроразведке.

995611

Устройство содержит сверхпроводящий контур с переходом Джозефсона, индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным через модулятор к генератору высокой частоты и к входу усилителя высокой частоты, связанному через амплитудный детектор с входом синхронного детектора, другой вход которого связан с первым выходом генератора низкой частоты, а выход синхронного детектора соединен с входом интегратора, выход которого подключен на резонансный контур, к которому также подсоединен второй вы- 15 ход генератора низкой частоты.

Однако поскольку в известном устройстве ток через резонансный контур не стабилизируется, ему также свойственна низкая точность измерения. 20

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор высокой часто- 25 ты, модулятор, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор, первый синхронный детектор и интегратор, вы ход которого соединен с выходом модулятора, а также сверхпроводящий кон- 10 тур с переходом Джоэефсона индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу модулятора, первый блок опорного сигнала, первый выход которого соединен с выходом модулятора, а второй выход — с вторым входом первого синхронного детектора, дополнительно введены последовательно соединенные второй блок опорного сигнала, второй синхронный детектор и узкополосный фильтр низких частот, при этом второй выход второго блока опорного сигнала соединен с первым входом модулятора, выход узкополосного фильтра связан с вторым входом 45 модулятора, а второй вход второго синхронного детектора соединен с выходом амплитудного детектора, при этом соотношение частот сигналов первого и второго выходов второго блока опор- 50 ного сигнала выбрано нечетным.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 — график зависимости амплитуды напряжения U на резонансном кон- 55

P туре от амплитуды тока i» протекающего через этот контур; на фиг.3-5— временные диаграммы амплитуды тока

i1., огибающей напряжения UP и напряжения U на выходе амплитудного детектора для случаев . а) i < равен току г„, соответствующему середине первого пологого участка; б) йр > iq< в) i„(Устройство для измерения магнитного потока содержит сверхпроводящий контур 1 с переходом Джозефсона

2, индуктивно связ анный с резонансным контуром 3, подключенным через модулятор 4 к генератору высокой частоты

5 и к входу усилителя высокой частоты 6, связанному через амплитудный детектор 7 с входом первого синхронного детектора 8, другой вход которого соединен с первым выходом первого блока опорного сигнала 9, а выход первого синхронного детектора 8 соединен с входом интегратора 10, выход которого подключен на резонансный контур 3, к которому также.подсоединен второй выход первого блока опорного сигнала 9. Устройство также содержит второй блок опорного сигнала

11, первый выход которого соединен с модулятором 4, а второй выход, частота сигнала которого кратна и нечетна по отношению к частоте сигнала первого выхода, связан с первым входом второго синхронного детектора 12, вы" ход которого через узкополосный фильтр низких частот 13 соединен с низкочастотным входом модулятора 4, а второй вход второго синхронного детектора 12 подключен к выходу амплитудного детектора 7. Сверхпроводящий контур 1 с переходом Джозефсона 2 и резонансный контур 3 помещены в криостат 14.

Известно, что зависимость напряжения высокой частоты U на резонансР ном контуре 3 от амплитуды тока i через него представляет собой чередующуюся последовательность крутых и пологих участков (фиг.2), причем крутизна их наклонов отличается более, чем в 20 раз. При замкнутой цепи обратной связи, т.е. при соединении выхода интегратора 10 с резонансным контуром 3, положение пологих участков относительно осей U и х г остается неизменным при изменении магнитного потока внутри сверхпроводящего контура 1.

В рабочем режиме ток генератора высокой частоты 5 должен быть равен

995611 6 редь приводит к появлению постоянного напряжения U< на выходе второго синхронного детектора 12. 11оскольку напряжение третьей гармоники частоты

63 в спектре сигнала Б1 наибольшее, то число n a сигнале U sin ncDt второго блока опорного сигнала 11 целесообразно выбирать равным 3.

Для того чтобы на выходе устройства не появлялся мешающий сигнал, связанный с модуляцией, частота cD выбирается в 50-100 раз ниже частоты первого блока 9 опорного сигнала. току i „,, соответствующему середине первого пологого участка (фиг.3)

Это соответствие достигается следующим образом.

Второй блок опорного сигнала 11 вырабатывает два сигнал U sin Qt u

U sin nQt (и — любое целое нечетное число), которые соответственно поступают на модулятор 4 и второй синхронный детектор 12. Модулятор 4 модулирует ток i по амплитуде с частотой Я причем амплитуда его модуляции соответствует середине первого пологого участка (фиг.3).

Напряжение на резонансном контуре

3 U> (фиг,4) усиливается усилителем высокой частоты 6 и поступает на вход амплитудного детектора 7, Напряжение

U с его выхода подается на вход вто- 20 рого синхронного детектора 12, который перемножает его с напряжением

U sin nCD t, При х,равном i (фиг.5а}, напря г» жение U совпадает по форме с моду- 25 лирующим, а при возникновении расстройки тока (фиг,5б и 5в) в его спек. тре появляются напряжения нечетных гармоник частоты (Д, что в свою оче30

Таким образом, величина напряжения U< и его знак однозначно связаны с величиной и знаком расстройки тока

Пройдя узкополосный фильтр низких частот 13 и поступая на модулятор

4 в такой фазе, что обратная связь является отрицательной, напряжение

U< уменьшает величину расстройки и, тем самым, увеличивает стабильность тока i > в резонансном контуре 3 и повышает точность измерения длительных сигналов (с периодом 100 с и более) магнитного потока в 5 и более раз в зависимости от времени измерений.

995611

u)i„ g ð

)i p=Crl )г;(i 1Л, Puz. 2 фиг.4

i)ir)i pl

4 игЗ

Техред M. Дидык

Корректор М.Самборская

Редактор О.Юркова

Заказ 1059 Тираж 425 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

II 1f

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101