Сверхпроводящий магнитометр

(51) 01 3 00 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКтОсдАРственнОе ттАтентнОе ВЕДОМСТВО СССР (ГОСНАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИФ а, сщК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к устройствам дпямагнитных измерений и может быть иатольэовано вгеоэлектроразведке в районах с высокой интенсивностью помех Цепь изобретения - повышениеточности измерений в условиях интенсивных помехЭто достигается за счет автоматической установкиоптимального уровня высокочастотного тока смещения сверхлроводяцего квантового интерференционного датчика (СКВИД), соответствующего максимальному собственному. быстродействию магнитометра С этой целью к входным цепям подводят опорное магнитное попе, периодически нарушающее устойчивость упройства, а о достижении оптимального режима судят по первой инверсии знака производной зависимости устойчивости по высокочастотному току с плюса на минус Данную зависимость определяют из сигнала устойчивоств получаемого в результате синхронюго детектирования выходного напря)кения магепометра с сигналом опорного магеттного поля. Для дифференцирования этой: зависеюсти высокочастотный ток смещения СКВИД модулируют по амплитуде сигналом низкой частоты таким образом, чтобы размах огибающей составлял 15 2 С 96 от длины первого полого участка входной вольтамперной характеристики. Знак производной определяют по квадратуре от сигналов модуляции тока смещения датчика и устойчивости. В районах с высоким уровнем помех точность измерений предложенным устройством повьвается более чем в два раза 6 иаИзобретение относится к устройствамдля магнитных измерений сверхпроводящим (СКВИД) магнитометром и может бытьиспользовано в геоэлектроразведке.Целью изобретения является повышейив точности измерений в условиях интенсивностных помех.На фиг.1 приведена функциональнаясхема сверхпроводящего магнитометра, на 1фиг.2 "диаграммы, иллюстрирующие принцип регулировки в предложенном устройстВЕ ТОКВ 1 т ВЫСОКОЧаСтстНОГО СМЕЩЕНИЯ Иэусловий достижения максимального быстродействия, зависимость амплитуды напряжения Ор на резонансном контуре от уровнятока 1 г, на фиг.3 - сигнал, проводимый кСКВИДу при регулировке 1 т; на фиг,4 - напряжение Овых на выходе первого интегратора при регулировке 1 г, на фиг.5 - кривая 20устойчивости - зависимости напряженияОуст на выходе второго интегратора отуровня тока 1 г, на фиг.б - настроечная кривая -зависимость напряжения Офнч на выходеузкополосного фильтра низких частот от 25уровня тока,Сверхпроводящий магнитометр (фиг,1)содержит, последовательно соединенныегенератор 1 высокой частоты, модулятор 2, 3усилитель 3 высокой частоты, амплитудныйдетектор 4, первый синхронный детектор 5и первый интегратор 6, сверхпроводящийквантовый интерференционный датчик с одним переходом Джозефсона (СКВИД) 7, индуктивно связанный с резонанснымконтуром 8, первый блок опорного сигнала9, а также второй блок 10 опорного сигнала,второй синхронный детектор 11, узкополосный фильтр 12 низких частот и блок 13 регулирования, полосовой фильтр 14, третийсинхронный детектор 15 и второй интегратор 16, криостат 17 с жидким гелием, резистор 18.Сверхпроводящий магнитометр работает следующим образом.При воздействии сигнала Обр, подаваемого с блока регулирования 13 на один изуправляющих входов модулятора 2, и выходного напряжения Ом второго блока опорного сигнала 10 - на соответствующие входымодулятора 2 начинается увеличение моду-лированного по амплитуде тока 1 т При этомформа сигнала модуляции Ом может быть 55логической (меандр) либо гармонической, аглубина модуляции выбирается такой, чтобы размах сгибающей тока 1 т составлял 15206 от абсолютной длины первого пологоучастка вольт-амперной характеристикиВАХ (фиг.2). Одновременно с третьего выхода второго блока 19 опорного сигнала в цепь обратной связи магнитометра подается аналоговый или логический сигнал Оз, ток от которого, протекая через катушку индуктивности контура 8, вызывает магнитный поток Ф, периодически нарушающий устойчивость магнитометра. Амплитуда напряжения на этом выходе блока 10 выбирается не менее, чем 5-10 раэ большей, нежели на первом выходе блока 9, при этом Ф 2.(1,2 2,5), где ФЬ - квант магнитного потока,Форма сигнала на выходе первого интегратора 6 Овых с ростом уровня тока 1 г будет повторять диаграммы фиг.4. Этот сигнал проходит через полосовой фильтр 14, настроенный на основную частоту напряжечия Оз, затем перемножается с напряжени ем с четвертого выхода второго блока опорного сигнала 04 и интегрируется интегратором 16.Сигнал на выходе второго интегратора 16 представляет собой квадратуруТ 4Оуст = т-, Овых 0401,Т 4 огде Т 4 - период сигнала 04.Зависимость Оуст от уровня тока 1 т и является кривой устойчивости (фиг,5) магнито метра,Модуляция тока 1 т приводит к появлению в эффективном напряжении Оуст на выходе второго интегратора 16 переменной составляющей Оуст с формой и частотой сигнала Ом,Если несущая тока 1 т будет находиться левее оптимального значения (первый пологий участок ВАХ на фиг.2, первый колоколообразный участок кривой устойчивости начфиг.5), сигналы Оуст и Ом синфазны, если несущая 1 г правее оптимального значения, Оуст и Ом противофазны.Сигнал Оуст поступает на вход второго синхронного детектора 11, управляемого напряжением 01 первого выхода второго блока 10 опорного сигнала. В Результате обработки напряжения Оуст синхронным детектором 11 и узкополосным фильтром низких частот 12, на выходе последнего поЯвлЯетсЯ сигнал 01 нч, УпРавлЯющий блоком регулирования 13 и являющийся квадратурой:1Офнч = - Х О уО ст,у У.где Тт - период сигнала 01,а частоты 01 и Ом должны быть плинаковы.Зависимость напряжения Офнч от уровня тока 1, - настроечная кривая - приведена на фиг.6. Как видно из этой кривой, в точке максимальноЯ устойчивости магнитометра, когда величина уровня 1 соответствует оптимальной, знак напряжения Офнч меняется с положительного на отрицательный. При первой инверсии знака напряжения Офнч блок 13 регулирования вырабатывает сигнал "Окончание регулировки тока 1 г", По переднему фронту этого импульса прекращается работа второго блока опорФормула изобретенияСВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий последовательно соединенные генератор высокой частоты, модулятор, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор, первый синхрон- ныЯ детектор и первый интегратор, выход которого через резистор соединен с выходом модулятора, сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик с одним переходом Джозефсона, индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу модулятора, первый блок опорного сигнала, первый выход которого соединен с выходом модулятора, а второй выход подключен к второму входу первого синхронного детектора, а также последовательно соединенные второй блок опорного сигнала, второй синхронный детектор, узкополосный фильтр низких частот и блок регулирования, причем второй ного сигнала 10 и фиксируется напряжение Оьр. Это означает прекращение регулировки токаг и выключение сигнала настройки Оз. При этом величина тока 1 г соответствует оптимальному рабочему режиму устройства.(56) Авторское свидетельство СССРЯ 995611, кл, С 01 й 33/02, 1981.Авторское свидетельство СССРМ 1387676, кл. 0 О 1 й 33/02, 1986.15 выходвторого блока опорного сигнала соединен с первым входом модулятора, второй вход которого подключен к первому выходу блока регулирования, второй выход которого подключен к управляющему вхо ду второго блока опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях интенсивных помех, в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, вход 25 которого подключен к выходу первого интегратора, третий синхронный детектор и второй интегратор, причем выход второго интегратора соединен с вторым входом второго синхронного детектора, а второй вход третьего синхронного детектора - с четвертым выходом второго блока опорного сигнала, управляющий вход которого связан с вторым выходом блока регулиро вания, а третиЯ выход второго блока опорного сигнала подключен к выходумодулятора,.Патрушева бинат "Патент", г. Уж л.Гагарина, 101 зводственно-издательский едактор Н.Коляда аказ 3336 оставитель А.Мягковехред М.Моргентал Корре Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5