Способ измерения магнитного поля и устройство для его осуществления

1. Способ измерения магнитного поля, включающий измерение осцилляций тока, протекающего через контакт Джозефсона, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых магнитных полей, к контакту Джозефсона прикладывают периодическое в пространстве магнитное поле, измеряют его амплитуду и период, одновременно измеряют осцилляции тока, протекающего черег контакт Джозефсона, и по пику тока осцилляций и периоду вспомогательного поля определяют величину измеряемого магнитного поля.
2. Устройство для измерения магнитного поля, содержащее контакт Джозефсона, последовательно с которым соединены измеритель постоянного тока, источник постоянного тока и переменный резстор, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные второй измеритель постоянного тока, второй источник постоянного тока, второй переменный резистор и контакты, а также диэлектрический немагнитный элемент с расположенным на его поверхности расходящимся пучком проводников, включенных параллельно и присоединенных к контактам, последовательно соединенным с измерителем постоянного тока, источником постоянного тока и переменным резистором.

Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано в биомагнетизме, океанологии, геофизике и исследованиях космического пространства.
Цель изобретения расширение динамического диапазона измеряемых магнитных полей.
На чертеже представлено устройство для реализации способа.
Способ осуществляется следующим образом.
Известно уравнение, описывающее изменение фазы "берегов" джозефсоновского перехода, например, по координате Х:
H(x) (1) где е заряд электрона;
d расстояние между двумя сверхпроводящими областями;
h постоянная Планка;
с скорость света;
Н напряженность поля, при Н const (x) 0 ток через переход гармонически изменяется по координате с периодом
(2) где _о квант магнитного потока.
Если поле Н является суперпозицией однородной составляющей Н_о и периодически изменяющейся по координате Х с периодом ₁ и амплитудой Н, составляющей
H(x) H₀+H₁cos x (3) при этом плотность тока в контакте можно разложить по пространственным гармоникам в ряд;
j j_c (-1)ⁿI sin -n x+ (4) где ₀=
j_c критическая плотность тока;
I_n функции Бесселя;
n целое число.
При выполнении условия _{o 1}/n_o ток через переход имеет "однородную", не зависящую от Х, составляющую Jn_o In_ox x(n_oH₁/H_o).
Таким образом, изменяя период ₁ периодического магнитного поля и его напряженность Н₁, можно подобрать такие их значения, при которых ток через переход максимальный (появляется пик тока).
Для значений ₂ и Н₂ появляется второй пик тока через переход.
Отсюда можно записать следующее соотношение:
1/ ₂ 1/ ₁ 1/ _o 1/H_o.
Таким образом, измерив изменение периода наложенного периодического поля между двумя пиками токов, протекающих через переход, можно определить напряженность внешнего поля Н_о. Преимущество данного способа по сравнению с прототипом состоит в том, что при повышении напряженности поля амплитуда пиков не уменьшается, и, следовательно, измерение полей можно проводить в большом динамическом диапазоне.
Описанный способ можно реализовать в устройстве, схема которого представлена на чертеже. Устройство состоит из контакта Джозефсона 1, через который протекает ток от источника 2 питания. Величину рабочего тока контакта устанавливают переменным резистором 3. Появление пиков тока регистрируется гальванометром 4. Периодическое поле формируется расходящимся пучком проводников 5, включенных параллельно и расположенных на поверхности диэлектрического немагнитного элемента 6, выполненного, например, в виде цилиндра.
Величину периодического поля изменяют путем изменения тока от источника 7, протекающего по проводникам 5, резистором 8. Ток контролируют гальванометром 9. Ток на проводники 5 передается, например, через скользящие контакты 10.
Устройство работает следующим образом. Через контакт Джозефсона 1 устанавливают рабочий ток резистором 3. Устанавливают начальный ток через проводники 5 резистором 8, который создает периодическое поле в области контакта Джозефсона 1. Вращением элемента 6 вправо или влево изменяют период поля в большую или меньшую сторону. Одновременно изменением величины поля резистором 8 подбирают такие значения Н₁ и ₁, при которых гальванометр 4 регистрирует пик тока. Изменяя ток через проводники 5 и период поля, измеряют второй пик тока через контакт Джозефсона 1. Затем по известным ₁ и ₂ определяют величину поля.
Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано в биомагнетизме, океанологии, геофизике и исследованиях космического пространства. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измеряемых магнитных полей. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Через контакт Джозефсона устанавливают рабочий ток резистором 3. Устанавливают начальный ток через проводник 5 резистором 8, который создает периодическое поле в области контакта 1. Вращением элемента 6 изменяют период поля в большую или меньшую сторону. Одновременно измененением величины поля резистором 8 подбирают такие значения напряженности H₁, магнитного поля и периода ₁ периодического магнитного поля, при которых гальванометр 4 регистрирует пик тока. Изменяя ток через проводники 5 и период поля, измеряют второй пик тока через контакт 1. Затем по известным значениям ₁ и ₂ определяют величину измеряемого поля. 1 ил.