SU1371234A1 - Устройство дл настройки сверхпровод щего квантового магнитометра - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  установок оптимального уровн  модул ции сверхпровод щего KBaHTOBOt o магнитометра с одним переходом Джо- эефсона и с обратной св зью по магнитному потоку. Цель изобретени  - повышение точности настройки сигнала модул ции. Устройство дл  настройки сверхпровод щего квантового магнитометра содержит сверхпровод щий квантовый интерференционный датчик I, резонансный контур 2, генератор 3 высокой частоты, аттенюатор 4 сигнала модул ции, усилитель 5 высокой частоты , амплитудный и синхронные детекторы 6 и 7, 10, интегратор 8, электронный ключ 9, блок И регулировани , формирователь 12 строб-импульсов, генератор 13 сигнала модул ции, блок 15 инверсии, делитель 14 частоты. 2 ил. с S

Description

(Л С

Изобретение относитс  к технике магнитных измерений и предназначено дл  установок оитимальногю уровн  модул ции сверхпровод щего квантово го магнитометра с одним переходом Джозефсона и с обратной св зью по магнитному потоку.

Цель изобретени  -повьшение точ ности настройки сигнала модул ции.

На фиг.1 показана структурна  схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы , иллюстрирующие работу устройства , где на фиг,2а приведена зависимость огибающей напр жени  на резонансном контуре Up от-потока Ф магнитного пол  через сверхпровод щий квантовый интерференционный датчик (СКВИД) в единицах кванта потока Ф -2,07 10 Вб с наложенным на нее пр моугольным модулируютим сигналом «Ф цод и форма напр жени  на ко туре,если посто нный магнитный поток равен целому числу квантов п или числу п + -г- ( на графике соответственно точки О и 1/2); на фиг.26 - зависимость напр жени  на выходе первого синхронного детектора от потока магнитного пол  через СКВВД при разомкнутой цепи обратной св зи, если размах модулирующего сигнала оптимален (равен половине периода функции и„(ф); на фиг.2в - временна  зависимость напр жени  на

выходе ключа II

с

если размах модулирующего сигнала меньше оптимального на величинуЛФ од на фиг.2г приведена зависимость напр жени  на выходе второго синхронного детектора U от размаха сигнала модул 1ши,

Устройство содержит СКВИД 1, индуктивно св занный с резонансным контуром 2,, соединенным с генератором 3 высокой частоты и выходом аттенюатора А сигнала модул ции усилитель 5 высокой частоты, вход которого св зан с резонансным контуром 2 а выход через последовательно соединенные амплитудный детектор 6 и первый синхронный детектор 8 св зан с интегратором 8, выход которого соединен с резонансным контуром 2, последовательно соединенные электронный ключ 9, второй синхронный детектор 10 и блок 11 регулировани , причем сигнальный вход ключа 9 св зан с выходом амплитудного детектора 6, управл емой вход электронного ключа 9

подключен к выходу формировател  12 строб-импульсов, а выход блока II регулировани  соединен с управл е- мым входом аттенюатора 4, генератор I3 сигнала модул ции с подключенными к его выходу опорным входом первого синхронного детектора 7 и входами формировател  I2 строб-импуль- сон и делител  14 частоты. Выход делител  14 частоты соединен с опор- входом второго синхронного детектора 10, а также с управл емым входом блока 15 инверсии, сигнальный вход которого св зан с выходом генератора 13 сигнала модул ции, а вход соединен с сигнальным входом аттенюатора 4,

СКВИД 1 имеет тороидальную конст- рукшоо, изготовлен из ниоби , переход Джозефсона - точечный. Параллельный резонансный контур 2 образован катушкой индуктивности величиной 0,22 мкГ и конденсатором емкостью 200 пФ. Генератор 3 высокой частоты выполнен на транзисторе КТ347А, а его частота (25 МГц) стабилизирована кварцевым резонатором. Аттенюатор 4 - электронный, выполнен на полевом транзисторе КП305Д. Усилитель 5 высокой частоты вьтолнен на транзисторе КП307Ж и микросхемах К265УВ6, амплитудный детектор 6 собран на диоде ГД508А, первый 7 и второй 10 сиихрон- ные детекторы построены на основе микросхемы К590КН2, интегратор 8 - на микросхеме К140Д7. Электронный ключ 9 может быть выполнен на аналоговом коммутаторе К590КН2. Блок 11 регулировани  состоит из низкочастотного автогенератора (микросхема К561ЛА7), счетчика-дешифратора (микросхема К561ИЕ11), цифроаналогового преобразовател  (микросхемы К572ПА2Б и К140УЛ7), дешифратора НАПРАВЛЕНИЕ СЧЕТА (микросхема К140УД7 и диоды КД522А) и нуль-органа (микросхема К140УД7). Формирователь 12 строб- импульсов и генератор 13 сигнала мо- дул ции собраны на микросхемах

К561ЛА7, частота последнего (50 кГц) стабилизирована кварцевым резонатором . Делитель 14 частоты выполнен на микросхеме К561ИЕ8,

В отличие от прототипа блок I5 инверсии в разработанном устройстве - логический, не содержит навесных элементов и может быть вьтолнен на микросхеме К561ЛС2 И-ИЛИ.

Устройство рг|ботае.т следующим образом .

Перед началом измерений включают электропитание магнитометра. Выходной сигнал делител  14 частоты, сформированный из напр жени  пр моугольной формы генератора 13 сигнала модул ции , мен ет состо ние логического блока 15 инверсии, В результате этого осуществл етс  манипул ци  фазы выходного напр жени  блока 15 инверсии , и за период управл ющего сигнала оно в первый полупериод син- фазно с напр жением генератора 13 сигнала модул ции, а во второй - сдвинуто относительно него по фазе на угол 180 , Принцип действи  устройства не измен етс , если инверси  сигнала модул ции будет осуществл тьс  в первый полупериод управл ющего сигнала а во второй выходные напр жени  блока 15 инверсии и генератора 13 сигнала модул ции будут синфаз- ны.

Инверак  фазы сигнала модул ции в Первый момент времени после ее осуществлени  аналогична включению между любыми узлами цепи обратной св зи (1,2,5-8) наход щегос  в устойчивом состо нии магнш ометра дополнительного инвертирующего звена. Обратна  св зь магнитометра становитс  положительной, начинаетс  быстрое изменение тока обратной св зи и соответственно потока магнитного пол  через СКВИД 1, Когда магнитный поток изменитс  на Фо/4 относительно исходного , обратна  св зь оп ть становитс  отрицательной, но ток обратной св зи продолжает измен тьс , пока рабоча  точка не сиеститс  на Ф(,/2 относительно исходного состо н11Я, Таким образом, периодический сдвиг фазы выходного напр жени  блока 15 инверсии относительно сигнала генератора 13 сигнала модул ции на угол 180 сопровождаетс  периодическиг и скачкообразными переходами рабочей точки магнитометра между состо ни ми пФ и (п+1/2)ф. (на фиг, 26 - переходы между точками пересечени  графика Uj.. , () с осью абсцисс, где UCAI выходное Напр жение синхронного детектора 10),

В свою очередь, как видно из фиг,2а, этот переход вызывает изменение напр жени  на резонансном контуре 2 F) моменты амплитудных значений модулирующего потока, если м о раЭ- мах по величине отличаетс  от полу- периода зависимости Ир (Ф). Ключ 9 открываетс  строб-импульсами формировател  12 fia короткое врем  в моменты амплитудных значеН1Ш сигнала модул ции, пропуска  на вход дополни- тельного синхронного детектора 10 им пульсную последовательность (фиг,2в), причем количество импульсов N в каждом состо нии блока 15 инверсии равно коэффициенту делени  делител  14 частоты. Если размах модулирующего сигнала не оптимален, то г1мплитуда импульсов на входе второго синхронного детектора 10 измен етс  синхронио с сигналом делител  14 частоты, бла- годар  чему на выходе второго синхронного детектора 10 по вл етс  напр жение расстройки, пропорциональное разнице между размахом потока магнитного пол  модул ции и оптимальным размахом (фиг,2г), причем знак этого напр жени  измен етс  при изменении знака расстройки. Поступа  на вход блока II регулировани , напр жение расстройки формирует на ее выходе управл ющий потенциал, который через аттенюатор А измен ет уровень сигнала модул ции в сторону уменьщени  абсолютной величины расстройки от оптимального значени . Тем самым замы- каетс  цепь отрицательной обратной св зи по сигналу модул ции и прсТис- ходит его автоматическа  настройка,

Уменьшение абсолютной величины расстройки модулирующего сигнала соп- ровождаетс  уменьшением абсолютной величины напр жени  на выходе второго синхронного детектора 10. Когда это напр жение становитс  близким к нулю (оптимальный размах сигнала модул ции), блок 11 регулировани  вырабатывает команду на о.жлючекие электропитани  ключа 9, детектора 10, блока II, формировател  12 и делител  14 при сохранении оптимального управл ющего потенциала дл  ат;тенюа- тора 4 на своем выходе и магнитометр готов к работе.

Б случае необходимости настройку повтор ют, включа  электропитание люча 9 - формировател  12 и делите  14 частоты.:

Коэффициент делени  частоты N выирают достаточно большим, чтобы рем , за которое происходит переход

магнитометра из одного устойчивого состо ни  в другое, было меньше времени его нахождени  в каждом из сос. то ннй. Длительность нмпульсов формировател  12 выбирают много меньше периода сигнала модул ции, чтобы снизить ошибку, CJ9 зaинyю с кривизной его формл-.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  настройки сверх- проврд  его квантового магнитометра, содержащее сверхпровод щий датчик магюггного потока с одиим переходом Джозефсона, индуктивно св занный с резонансным контуром, подключенным к выходу генератора высокой частоты, выходу интегратора, выходу аттенюатора сигнала модул ции и к входу усилител  высокой частоты, выход которого через последовательно соединенные амплитудный детектор и первый синхронный детектор соединен с интегратором , а также последовательно соеднненные электронный ключ, второй синхронный детектор и блок регулнро- ванн , причем снгнальньо) вход электронного ключа .соединен с выходом амп- лнтудного детектора, управл емый вход электронного ключа подключен к выходу (формировател  строб-импульсов, а выход блока регулировани  соедннен с управл емым входом аттенюатора сигнала модул цнн, генератор сигнала модул ции с подключенными к его выходу опорным входом первого синхронного детектора и входами фО1жировател  строб-импульсов и делител  частоты, выход которого соединен с опорным входом второго синхронного детектора, а также с у11равл е «11М входом блока инверсии, отличающ е е с   тем, что, с целью повышени  точности настройки снгнала модул ции , сигнальшай вход блока инверсии св зан с выходом генератора сигнала модул ции, ,а выход блока инверсии

   подключен к сигнальному входу аттенюатора сигнала модул ции.

   Фи9. Г

   (Pue.2