Способ преобразования переменных гармонических и прямоугольных напряжений и токов в частоту

ОПИСАНИЕ 252238ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республикррл ЮРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 26.11,1968 ( 1221207/18-24)с присоединением заявкиПриоритет Кл. 4 О Комитет по деламиаобретений и открытипри Совете МинистровСССР Опубликовано 22,1 Х,1969, Бюллетень29Дата опубликования описания 11.11.1970 ДК 681 325(0888) Лнторыизобретения А. Лысенко, В. Б. Кудрявцев, Б. И. Румянцев и удрявце Заявитель СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ ГАРМОНИЧЕСКИ И ПРЯМОУГОЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ В ЧАСТОТУПредлагаемое изобретение относится к области автоматики и направлено на совершенствование устройств для преобразования малых .переменных напряжений и токов в частоту,5Известно, что спектр частот, излучаемый спиновой системой, имеет конечную ширину.Это определяет, в частности, то, что квантовые и ядерные приборы, например, квантовые магнитометры с двойным оптическим резонансом, 10 могут иметь несколько отличающиеся резонансные частоты в зависимости от направления вектора напряженности магнитного, поля и его величины.15 В целях повышения чувствительности и предварительной настройки на максимум спектральной плотности резонансной кривой предлагается применять прием, связанный с коррекцией уровня постоянной составляющей 20 магнитного поля в зоне квантовых магнитометров или фазы в цепи обратной связи.Особенность квантовых генераторов, основанных на использовании явления двойного оптического резонанса в парах щелочных ме таллов, заключающаяся в асимметрии резонансной линии, делает возможным,преобразование и измерение малых и сверхмалых переменных напряжений и токов с повышенной точностью. 30 В непрерывно генерирующих квантовых системах, имеющих звено обратной связи, кривая резонансного поглощения воспринимается как непрерывная кривая, хотя в действительности она имеет несколько максимумов, соответствующих разным энергетическим уровням, которые для щелочных металлов неэквидистантны.Так как ширина линий в спектре иапнитного резонанса больше расстояния между ними, что практически всегда имеет место, получается одна результирующая резонансная линия асимметричной формы, Если квантовая система может генерировать на некоторой частоте т, то при изменении направления магнитного поля на 180 атомы будут накачиваться на другой крайний энергетический уровень, а линия магнитного резонанса сдвигается в положение, соответствующее иной частоте е, Разность между этими частотами изменяется пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Это обстоятельство позволяет производить преобразование малых переменных гармонических и прямоугольных напряжений и токов в частоту при соответствующем подборе постоянной магнитной системы квантового генератора. При этом уровень преобразуемого напряжения может быть значительно ниже напряжения отсечки лучших полупроводниковых выпрямителей,40 45 50 55 60 Спектр частот преобразуемого напряжения(ограниченный максимальной частотой Р ),Р ( -должен удовлетворять условиюгде т - характеристическое время спинспиновой релаксации атомов щелочного металла.Малый порог чувствительности объясняется тем, что детектирование производится не на рабочем сигнале (переменном напряжении), а с использованием промежуточного параметра - напряженности магнитного поля и функционально связанной с ней разностью частот.Если результирующее поле является суммой постоянного поля Но (например, магнитного поля Земли) и переменного поля, созданного магнитной системой (Н ), обтекаемой контролируемым током, то при измерениях на переменном токе постоянную составляющую поля можно исключить использова. нием дифференциальной схемы измерения,С целью, поддержания стабильности опорной напряженности в объеме камеры поглощения может быть использовано устройство для коррекции частоты.В дифференциальной схеме удается также повысить помехоустойчивость за счет ориентации векторов Н под некоторым углом к полю поляризации Но. Этот угол выбирается таким, чтобы вектор внешней помехи располагался по отношению к вектору Н под углом 90, В этом случае результирующая напряженность изменяется в меньщей степени, а следовательно, возрастает стабильность устр ойства.Для измерений повышенной точности необходимо также знать коэффициент формы кривой входного сигнала, так как уровень частоты на выходе дифференциальной схемы зависит от формы сигнала.На чертеже представлено устройство, реализующее описанный способ.Устройство содержит квантовый генератор 1, усилигель 2 в цепи обратной связи квантового генератора, запоминающее устройство (счетчик) 3, запоминающее устройство (счетчик) 4, входной .преобразователь б, устройство б самопроверки и,подстройки, сравнивающее устройство 7 рабочую магнитную систему 8, магнитную систему 9 для самопроверки и подстройки нуля и коммутатор 10.Работа такого устройства состоит в том, что преобразуемое напряжение (или ток) поступает в рабочую, магнитную систему 8, например, в виде колец Гельмгольца через входной преобразователь б, в качестве которото может быть использован делитель напряжения или тока. Напряженность поля, созданная 5 10 15 20 25 30 35 4рабочей магнитной системой в объеме квантового генератора 1, работающего совместно с усилителем 2 в цвпи обратной связи, приводит к появлению девиации частоты квантовото генератора, зависящей от амплитуды входно. го сигнала. Значение частоты при одной полярности входного сигнала с помощью запоминающего устройства 8 например электрон. ного счетчика, преобразуется в код и сохраняется до момента получения запоминающим устройством 4 частоты от квантового генератора при,другой полярности входного сигнала.Сопоставление сигналов, поступающих от запоминающих устройств, в сравнивающем устройстве 7 позволяет получать значение частоты, пропорциональное амплитуде преобразуемого переменного напряжения или тока.Управление работой запоминающих устройств и входного преобразователя осуществляется коммутатором 10, который выдает команды на устройство б самопроверки и подстройки частоты.Устройство 6 самопроверки и подстройки частоты при нулевом входном сигнале воспринимает кодированное значение частоты сигнала квантового генератора (через усилитель 2 и устройство 4) и сравнивает ее с номинальным значением кода, заложенным в устройство самопроверки и подстройки.По результатам сравнения вырабатывается и запоминается управляющее воздействие в виде постоянного тока, поступающее в обмотку магнитной системы 9 самопроверки и подстройки. Созданная этой магнитной системой напряженность поля в объеме квантового генератора обеспечивает получение номинального значения начальной частоты на выходе квантового ген ер а тор а. Предмет изобретения Способ преобразования переменных гармонических и прямоугольных напряжений и токов в частоту, основанный на дифференциальном,преобразовании электрических свгналов, отличаюцийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и помехоустойчивости, формируют сигнал в виде напряженности магнитного полянепрерывно воздействуют им на поляризованную дифференциальную спиновую или макроскопическую колебательную систему, находящуюся в режиме автоколебаннй и имеющую асимметричную резонансную кривую, причем векторы напряженности магнитного поля в зоне каждой из колебательных систем располагают под углом к вектору поля поляризации в направлении источников внешних помех, а уровень сигналов с дифференциальной автоколебательной системы корректируют по коэффициенту формы кривой преобразуемого сигнала.Составитель В, Д. МахнановРедактор Е. В. Семанова Техред А. А. Камышникова Корректор Р. И. КрючковаЗаказ 20016 Тираж 480 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва Ж, Раушская иаб., д, 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2