314261

334261 Союз Соеетсеих Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 23.Ч 11.1967 (М 1180309/26-25)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 07.1 Х.1971. Бюллетень27 МПК Н 01 в 1/ОО Комитет по делам наобретений и открытий при Сосете тсинистрсе СССРУДК 621.375.8(088,8) Дата опубликования описания 15.Х 11.1971 Авторыизобретения Заявитель ПРЕЦИЗИОННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для создания высокоточных (эталонных) и высокостабильных во времени и при изменении температуры источников постоянного тока, необходимых для выполнения самых точных измерений токов, напряжений и других величин, функционально связанных с ними,Известный стабилизатор тока, построенный по обычной компенсационной схеме, использующий в качестве опорного элемента постоянный магнит, создающий задающий магнитный поток, обладает недостаточно высокой точностью, временной и температурной стабильностью,Описываемый источник постоянного тока, содержащий управляемый источник тока, схему сравнения, например гелиевую камеру поглощения с системой оптической накачки, модулятор и опорный источник, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения отличается от известного тем, что в нем выход схемы сравнения через управляемый модулятором преобразователь световой поток - напряжение подсоединен к входу управляемого источника тока, а выход последнего соединен через сопротивление нагрузки и преобразователь ток - напряженность магнитного поля со вторым входом схемы сравнения, причем опорный источник, выполненный в виде кварцевого генератора гармонических колебаний, радиочастотное магнитное поле которого перпендикулярно оси оптической накачки, соединен с выходом модулятора.Это позволяет значительно повысить точность, временную и температурную стабильность на уровне эталона тока.На фиг. 1 изображена функциональная схема прецизионного источника тока. Гелиевый 10 поглощающий образец 1 выполняет роль элемента сравнения, который представляет собой стеклянный шарообразный баллон диаметром 40 - 60 мм, наполненный гелием при давлении 0,2 мм Не, Метастабильные атомы в поглоща ющем образце создаются высокочастотнымразрядом, который возбуждается высокочастотным генератором 2.Источником накачивающего монохромати ческого излучения с длиной волны 10830 А является гелиевая лампа 3, наполненная гелием при давлении 2 мм Не. Разряд в гелиевой лампе также возбуждается высокочастотным генератором. Излучение гелиевой лампы фор мируется отражателем 4, линзой 5, поляризуется поляроидом б и направляется на гелиевый поглощающий образец, пройдя через который, излучение фокусируется линзой 7 на фотодетектор 8, роль которого выполняет фо тодиод или фототранзистор. Ю. Н. Бобков, Н. В, Кирианаки, М, И. Томаш, Л, И, Грабар и В. Н. МихайловскийПостоянное магнитное поле напряженностью Н: создается током нагрузки 1 Б, протекающим по катушке 9. Вектор напряженности этого поля ориентируется параллельно оптической оси накачивающего излучения. Неоднородность напряженности в рабочем объеме гелиевого поглощающего образца приводит к расширению резонансной кривой. Чтобы обеспечить расширение резонансной кривой не более чем на 10% по отношению к естественной ширине ее, необходима однородность напряженности Н не хуже, чем 4 10 - , Такая однородность напряженности Н может быть создана, например, кольцами Гельмгольца. Для обеспечения минимальных размеров устройства применяется катушка, намотанная на систему из четырех колец,Переменное магнитное поле Н резонансной частоты, ориентированное перпендикулярно оптической оси накачивающего излучения, создается током кварцевого генератора 10, протекающим по катушке П, Частота кварцевого генератора задается с относительной погрешностью 10 - 6 - 10 7 и является опорной величиной, определяющей временную и температурную стабильность выходного параметра устройства.Для исключения влияния магнитного поля Земли и промышленных полей на напряженность поля, созданную током катушки 9, применяется магнитное экранирование. Напряженность магнитного поля Земли близка к 0,5 э. При напряженности магнитного поля катушки 9 в 1 э (такая напряженность принята из условия, чтобы напряженность в наружной области катушки у стенок экрана соответствовала такой, когда проницаемость магнитного материала - пермаллоя - максимальна) необходимо уменьшить напряженность внешнего поля в 106 раз, Степень экранирования в объеме 4 дм может быть обеспечена трехслойным цилиндрическим магнитостатическим экраном 12 при применении в качестве материала экрана пермаллоя с высоким значением магнитной проницаемости.Для обнаружения изменения напряженности Н: тока в нагрузке и их регулирования предусмотрена следящая система, а для обеспечения возможности слежения за центром резонанса - сканирование стабилизируемого поля с низкой частотой или эквивалентная модуляция частоты кварцевого генератора, Следящая система состоит из гелиевого поглощающего образца, фотодетектора, избирательного усилителя 13 низкой частоты, синхронного детектора 14 и регулирующего элемента в виде усилителя 15 постоянного тока (УПТ), включенного параллельно вспомогательному стабилизатору 1 б тока (ВСТ), который предназначен для ввода и поддержания тока 1 в полосе резонанса ЬН. В качестве стабилизатора 1 б используется обычный стабилизатор с кремниевым опорным элементом, который может обеспечить стабилизацию тока с погрешностью порядка 0,1%, необходимою для поддержания напряженности постоянногополя в полосе резонанса.Модуляция частоты кварцевого генератораосуществляется частотным модулятором 17 с5 частотой которая задается генератором 13модулирующей частоты. Схема источника тока включает в себя также блок питания 19.Стабилизация тока осуществляется следующим образом.10 Когда напряженность постоянного магнитного поля, определяемая суммой токов1 вст + 1 упт, соответствует центру резонансной кривой, на выходе фотодетектора имеетсянезначительный сигнал с частотой 2, а на15 выходе усилителя 13 сигнал отсутствует. Приизменении тока 1 на М напряженность Нсмещается от центра резонанса, и на выходефотодетектора 8 и усилителя 13 появляетсясигнал с частотой причем в зависимости от20 знака изменения тока, фаза сигнала отличается сдвигом на 180, а его амплитуда пропорциональна величине изменения тока. Сигнал с усилителя 13 выпрямляется синхроннымдетектором 14. Синхронизация осуществляет 25 ся напряжением генератора модулирующейчастоты. Сигнал с синхронного детектора усиливается усилителем постоянного тока и изменяет ток в цепи нагрузки и катушки 9 таким образом, чтобы сдвинуть напряженностьпостоянного магнитного поля в центр резонансной линии, т, е. сводит сигнал па выходесинхронного детектора до нуля,Блок-схема прецизионного квантового источника постоянного тока может быть такой,35 какой она изображена на фиг. 2,Ток 1, протекающий через нагрузку 20,создается стабилизатором 1 б и подключенным параллельно ему усилителем 15, Протекая через систему катушек 21, ток 1 создает40 напряженность постоянного магнитного поляН =й 1 н,где Й - коэффициент преобразования тока внапряженность, зависящий от разме 45 ров и числа витков системы катушек.Напряженность Н воздействует на элементсравнения 22. В элементе сравнения происходит преобразование напряженности в часто 50 туи одновременно сравнениесо стабильной частотой , кварцевого генератора 1 О, Нафотодетекторе имеется сигнал, пропорциональный разности частот- ,. После усиления и выпрямления этот сигнал управляет55 усилителем постоянного тока, который изменяет свой выходной ток 1 упт так, чтобы 1 Н, аследовательно, и Н: сместились в центр резонанса.Таким образом, благодаря применению ге 60 лиевого квантового датчика в виде элементасравнения, обеспечивается чувствительность кнапряженности магнитного поля в 1 лкэ, что вотносительных единицах составляет величину110 - 6 или лучше. Применение в качестве65 опорной величины частоты кварцевого гене314261 Предмет изобретения Составитель Л. Байдако Техред Т. П, Курилко Корректоры: Е. Г. Михеева н О, Б. Тюринаедактор М, Аникее Заказ 3330/12 Изд.1389 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5 пографпя, п пунова,ратора дает возможность задавать величину тока с точностью и стабильностью частоты кварца, т. е. 10-в - 10- . Прецизионный источник постоянного тока, содержащий управляемый источник тока, схему сравнения, например гелиевую камеру поглощения с системой оптической накачки, модулятор и опорный источник, выход которого подключен к первому входу схемы сравне-. ния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, временной и температурной стабильности на уровне эталона тока, выход схемы сравнения через управляемый модулятором преобразователь световой поток - на пряжение подсоединен к входу управляемого источника тока, а выход последнего соединен через сопротивление нагрузки и преобразователь ток - напряженность магнитного поля со вторым входом схемы сравнения, при чем опорный источник, выполненный в видекварцевого генератора гармонических колебаний, радиочастотное магнитное поле которого перпендикулярно оси оптической накачки, соединен с выходом модулятора.