Градиентометр с переменной базой

ОЛ ИСАКИЕИЗОБРЕТЕКИЯк лвтоскомь свиднальствь Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 08,06.81 (21) 3297636/18-21с присоедниеннем заявки ЭЙ -(53)М, Кл. 6 01 1 33/035 3 ЪсударстввнньЮ квннтвт СССР но двнач нзобрвтвннй н открнтнй(72) Авторы изобретения И. Д. Войтович А. Н. Королев и В. Н, Сосницк й Ордена Ленина институт кибернетики АН Украийск 7 йт"бЖйф,(71) Заявитель(54) ГРАДИЕНТОМЕТР С ПЕРЕМЕННОЙ БАЗОЙ 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля измерения слабых магнитных полейи их градиентов (в качестве детекторамагнитных аномалий).Известен градиентометр, содеркащийтрансформатор потока, выполненный в ви.де двух проволочных приемных катушек,включенных навстречу друг другу. Сигнал, вьщеленный из трансформатора по 1 Отока измеряется с помощью ВЧ-сверхпроводящего квантового интерференционногодетектора (СКВИДа) 1 ) . Основныминедостатками такого устройства являются сложность и нестабильность баланси 15ровки по трем компонентам магнитногополя, постоянная база, которую невозможно изменять в процессе работы, иневозможность одновременного измерениявеличины магнитного поля и его градиен ота,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, обусловленныеотсутствием возможности в процессе работы произвольно наменять базу градиентометра в зависимости от расстояния доисточника сигнала (размер базы ограничен размером подложек датчика, а всякоеувеличение базы сопровождаетоя увеличением ивдуктивности градиентометра засчет 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 возмож ностей,Поставленная цель достигается тем,что и градиентометр с переменной базой,содеркаший две приемные катушки, первый сверхпроводяший квантовый интерфе3 980030 1Выход которого со Пилообразный ток питания от генеравого усилителя, ин- тора 23 тока разветвляется в СКВИДы истор, введены вто и 2. Переменный резистор 12 служит ий квантовой интер- для уравновешивания СКВИДов по критиор, второй и третий 5 ческому току, Резисторы 13 - 16 создаетектор, элемент ют ассиметрию характеристики(Н)генератор тока, интерферометров и, таким образом, повыпеременный резистор, шают чувствительность устройства за о усилителя через счет выбора рабочей точки на крутом ренционный детекторединен с входом пертегратор, первый резрой сверхпроводяшференционный детектусилители, фазовый д,фиксации, компараторчетыре резистора ипричем выход первогпоследовательно соединенные фазовый 10 детектор, интегратор и второй усилитель подключен к выходной шине и через первую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводящего квантового интерференционного детектора - к общей 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 генератор тока соединен собьединенными выводами первого резистора и переменного резистора, другие выводы которых через соответствующие резисторы подключены к входам питания 25сверхпроводящих квантовых интерференционных детекторов, а выход через последовательно соединенные компаратор,первую внешнюю катушку индуктивностивторого сверхпроводящего квантового интерференционного детектора и вторуювнешнюю катушку индуктивности первогосверхпроводящего квантового интерференционного детектора подключен к обшейшине, приемные катушки подключены соответственно к третьей внешней катушке индуктивности первого сверхпроводящегоквантового интерференционного детектораи к второй внешней катушке индуктивности второго сверхпроводящего квантового40интерференционного детектора.На чертеже представлена схема градиентометра с переменной базой.Градиентометр с переменной базой содержит сверхпроводяший квантовый интерференционный детектор (СКВИД) 1, сверх 45проводящий квантовый интерференционныйдетектор (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, соответствующий моменту переключенияСКВИДа .", управляет элементом фиксации 7, В компараторе 8 зафиксированноезначение критического тока с сравнивается с опорным значением 1, котороезадает положение рабочей точки, На выходе компаратора 8 формируется ток обратной связи 1 ОС, который удерживаетСКВИЛ 1 в заданной рабочей точке. ПриФ = Ф токОсудерживает в рабочейточке и СКВИД 2.Если Ф, Ф Ф, то критический токСКВИДа 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 отразности Ф -Ф . Интегрируя этот импульс в интеграторе 22 и управляя полученным уровнем напряжения усилителем 5,на выходе последнего получим ток обратной связи СКВИДа 2, пропорциональныйФ -Ф 2,Таким образом, регистрируя ) Ос, характеризующего Ф и ) ос характеризующего Ф -Ф, производим одновремену 1ное измерение магнитного поля и егоградиента. Балансировка двух приемныхкатушек 9 и 10 производится автоматически за счет выбора режима управляющей электроники.Предлагаемое устройство имеет широкие функциональные возможности одновременного измерения величины магнитного поля и его градиента; изменения вшироких пределах базы и произвольнойориентации приемных катушек; электронной балансировки градиентометра, Градиентометр с переменной базой ра ботает следующим образом.Нв приемные катушки 9 и 10 градиентометра действуют потоки ф 4 и Ф . В предлагаемой конструкции в качестве измерительного принципа использована высокая скорость переключения СКВИДов из сверхпроводящего состояния в нормаль5 9800 ное, что обеспечивает высокое разрешение метода регистрации сигнала.формула изобретенияГрадиентометр с переменной базой, содержащий две приемные катушки, первый сверхпроводяший квантовый интерференционный детектор, выход которого 1 О соединен с входом первого усилителя, интегратор, первый резистор, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены второй сверхпроводяший И 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 ге 30 4нератор тока соединен с объединенными выводами первого резистора и пегеменного 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 экспертизе1.0 беииаС М,Реб 1 сеИ Ч,Т 1 сИЯ аиб ТовоЬеи г. 1 оа-атеней БООэЭ ворие 1 ощегз оХ 1 йе Ьиаи иеаг 1 и с ьваСЕ егговодиеИс еисСоьоге, Сгюоеи 1 сь, Мз 1978,р р"42.7-4 Ы2.КеСсЬеи м К,боиЬач . Ф.М аисЗ СРагМе э БцрегсоийосЫид 1 Ьи-БЕв р.аб 1 огие 1 Э.Э АррР РМ.5,49(7),ЗЪРУ 1978,рр 4 Ю- Ф Ибисное ВНИИП филиал каз 9352/35 Тираж 717 Патент", г, Ужгород, ул. Прое