SU737851A1 - Ultra-low voltage measuring device - Google Patents
Ultra-low voltage measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- SU737851A1 SU737851A1 SU772548894A SU2548894A SU737851A1 SU 737851 A1 SU737851 A1 SU 737851A1 SU 772548894 A SU772548894 A SU 772548894A SU 2548894 A SU2548894 A SU 2548894A SU 737851 A1 SU737851 A1 SU 737851A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- frequency
- voltage
- meander
- output
- generator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
Изобретение относится к технике измерения ультранизких электрических напряжений ниже 10'9 В с использованием явления сверхпроводимости и эффекта Джозефсона в слабосвязанных сверхпроводниках. .The invention relates to techniques for measuring ultra-low electrical voltages below 10 ' 9 V using the phenomenon of superconductivity and the Josephson effect in loosely coupled superconductors. .
Известны автокомпенсационные вольтметры ультранизких напряжений, в которых в качестве нуль-органа используются сверхпроводящие квантовые интерференционные датчики-сквиды [1]. Эти вольтметры содержат сквид,электронную схему усиления,детектирования и фильтрации сигнала со сквида, выходной измерительный прибор, цепь компенсации и 'связанную со сквидом катушку индуктивности, к зажимам которой подключено измеряемое напряжение, Информация об измеряемом напряжении в таких вольтметрах представлена в аналоговой форме'.Self-compensating ultra-low voltage voltmeters are known, in which superconducting quantum interference squid sensors are used as a zero-organ [1]. These voltmeters contain a squid, an electronic circuit for amplifying, detecting and filtering a signal from a squid, an output measuring device, a compensation circuit, and an inductance coil connected to the squid, to the terminals of which a measured voltage is connected.The information on the measured voltage in such voltmeters is presented in analog form.
. Выявление полярности измеряемого напряжения в принятой системе отсчета производится по полярности выходного напряжения. Недостатком таких вольтметров является аналоговая форма сигнала и необходимость калибровки коэффициента преобразования.. Identification of the polarity of the measured voltage in the adopted reference system is made by the polarity of the output voltage. The disadvantage of such voltmeters is the analog waveform and the need to calibrate the conversion coefficient.
Известен также вольтметр ультранизких напряжений, рассматриваемый нами в качестве прототипа, содержа- щий частично резистивный сквид-ресквид, связанный индуктивно с колебательным контуром, подключенным к 5 усилителю высокой частоты, на выходе которого включен амплитудный детектор и частотомер [2]. На ресквид подается магнитный поток ВЧ-накачки, Например, от отдельного генератора, 10 подключённого к катушке, индуктивно связанной с ресквидом. Измеряемое напряжение прикладывается к резистивному участку ресквида.An ultra-low voltage voltmeter is also known, which we consider as a prototype, which contains a partially resistive SQUID-RESQUID, connected inductively with an oscillatory circuit connected to a 5 high-frequency amplifier, the output of which includes an amplitude detector and a frequency meter [2]. A magnetic flux of RF pumping is applied to the resquid, for example, from a separate generator 10 connected to a coil inductively coupled to the resquid. The measured voltage is applied to the resistive portion of the resquid.
Генератор, усилитель и детектор 15 образуют блок высокочастотной накачки, усиления· и амплитудного детектирования,· который может быть реализован и другими средствами, например, без генератора, когда для ВЧ-накачки используется автогенерация усилителя. Этот .вольтметр является цифровым, причем измеряемое напряжение преобразуется в частоту в'ресквйдёв соответствии с соотношением Джозефсона:The generator, amplifier and detector 15 form a block of high-frequency pumping, amplification · and amplitude detection, · which can be implemented by other means, for example, without a generator, when the autogeneration of the amplifier is used for RF pumping. This .voltmeter is digital, and the measured voltage is converted to a frequency equal to the corresponding Josephson ratio:
·₽,«и /ф х х о где fx - частота джозефсоновской осцилляции;· ₽, “and / f x x o where f x is the frequency of the Josephson oscillation;
Ux - напряжение на переходе Джо·: зефсона, .......U x - voltage at the Joe · junction: Zephson, .......
ФоаИка =:2,07-10^F about aIka =: 2.07-10 ^
Вб - квант магнитого потока.Wb is the magnetic flux quantum.
Джозёфсоновская осцилляция вызывает периодическое с частотой fx изменение импеданса ресквида, Что приводит к амплитудной модуляции напряжения на колебательном контуре. После усиления этого напряжения усилителем высокой частоты и детектирования амплитудным детектором на его выхбде появляется переменное напряжение с частотой fx . Частота fx измеряется частотомером. Коэффициент преобразования' А измеряемого н^пряжедия'в частоту заранее известен и определяется только мировыми постоянными:The Josephson oscillation causes a periodic change in the impedance of the resqueed at a frequency f x , which leads to amplitude modulation of the voltage across the oscillating circuit. After amplifying this voltage with a high-frequency amplifier and detecting it with an amplitude detector, an alternating voltage with a frequency f x appears on its output. The frequency f x is measured by a frequency meter. The conversion coefficient 'A of the measured n ^ yayediya' to the frequency is known in advance and is determined only by world constants:
но Ъоbut b
Поэтому калибровка вольтметра не требуется, если используется электронно-счетный частотомер.Therefore, calibration of the voltmeter is not required if an electronically counted frequency meter is used.
При подаче на вход известного вольтметра напряжений различной :полярности в принятой системе отсчета значение частоты f/ зависит только от модуля измеряемого' напряжения и 'не зависит от его полярности . Это' явля· ёТЙя' нёдо'статком известного вольтметра и'не позволяет выявлять полярность измеряемого напряжения, что ограничивает область применения известного вольтметра.When applying to the input of a known voltmeter voltages of different polarity : in the adopted reference frame, the frequency value f / depends only on the module of the measured voltage and does not depend on its polarity. This is a "fotos" of the known voltmeter and does not allow to detect the polarity of the measured voltage, which limits the scope of the known voltmeter.
Цель изобре'тения - определение полярности измеряемого напряжения.The purpose of the invention is to determine the polarity of the measured voltage.
Для достижения поставленной цели в устройство для измерения ультранизн ких напряжений, содержащий частично резистивный сквид, индуктивно связанный с колебательным контуром, .подключенным к блоку высокочастотной накачки, состоящему из последовательно соединенных усилителя с автогенерацией и детектора, на выходе которого включен частотомер, входные зажимы, подключенные к резистивной части сквида, и резистор, введены генератор двухполярных симметричных прямоугольных импульсов (меандра) и интегратор. Вход интегратора подключен к генератору импульсов, а выход через резистор — к катушке индуктивности колебательного контура. Чс} ст от омер выполнен на4 рёвер си в ных сметчиках, вход направления счета которых соединен с генератором импульсов.To achieve this goal, an ultralow voltage measuring device containing a partially resistive squid inductively coupled to an oscillating circuit connected to a high-frequency pumping unit consisting of a self-oscillating amplifier and a detector connected in series with a frequency meter at its output, input terminals connected to the resistive part of the squid, and the resistor, a bipolar symmetric rectangular pulse generator (meander) and an integrator are introduced. The integrator input is connected to the pulse generator, and the output through the resistor is connected to the inductance coil of the oscillatory circuit. Hours} cm from the meters were made on 4 rotary counters, the input of the direction of counting of which is connected to the pulse generator.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. / Устройство для измерения ультранизких напряжений содержат ресквдд 1 с переходом Джозефсона 2 и зажимами 3, на которые подается измеряемое напряжение. Ресквйд 1 индуктивно связан с катушкой индуктивности 4 колебательного контура 5, подключенного к входу усилителя 6 высокой частоты,. работающего в автогёнерационном режиме, в связи с чем отпадает необходимость в отдельном генераторе высокочастотной накачки’. На выходе усилителя 6 включен амплитудный детекторIn FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 - time diagrams of his work. / The device for measuring ultra-low voltages contains reskvdd 1 with the transition of Josephson 2 and clamps 3, to which the measured voltage is applied. Resquid 1 is inductively connected to the inductance coil 4 of the oscillating circuit 5 connected to the input of the high-frequency amplifier 6. working in auto-generating mode, and therefore there is no need for a separate high-frequency pump generator ’. The output of the amplifier 6 includes an amplitude detector
7. Усилитель би амплитудный детектор 7 составляют блок 8 высокочастотной накачки. С выхода блока 8 сигнал подается на частотомер 9, выполненный На реверсивных счетчиках. Генератор 10 меандра подключен, к входу интегратора 11, выход которого через развязывающий резистор 12 подключен к катушке индуктивности7. The amplifier bi-amplitude detector 7 comprise a high-frequency pumping unit 8. From the output of block 8, the signal is fed to a frequency meter 9, made on reversible counters. The meander generator 10 is connected to the input of the integrator 11, the output of which through the decoupling resistor 12 is connected to the inductor
4. Для управления напряжением счета реверсивных счетчиков частотомера используется меандр, поэтому генератор 10 подключен к входу 13 управ ления направлением счета.4. A meander is used to control the counting voltage of the reversible counters of the frequency meter; therefore, the generator 10 is connected to the counting direction control input 13.
с генератора 10 на вход интегратора 11 поступает напряжение меандра (кривая 14 на фиг.2). С выхода интегратора 10 результат интегрирования меандра — пилообразное напряжение задает в катушке индуктивности 4 пилообразный ток (кривая 15). Сопротивление резистора 12 достаточно велико, чтобы выход интегратора 11 не шунтировал контур 5 и не ухудшал его эд добротность.Пилообразный ток индуцирует в контуре ресквида 1 ЭДС (кривая 16), повторяющую по форме меандр. Амплитуда ЭДС равна Е. ЭДС суммируется с положительным в выбранной сисj. теме отсчета измеряемым напряжением + их (линия 17), а результат суммирования (кривая 18) приложен к переходу Джозефсона 2. В положи-вельйые полупери оды меандра амплитуда напряжения на переходе Джозефсона равна /ϋχ + Е/, а в отрицательные полупериоды равна /и* - Е/. В соответствии с соотношением Джозефсона в ресквиде 1 возникает осцилляция, частота которой (кривая 19) прямо 45 пропорциональна модулю напряжения (кривая 18). В положительные полупериоды меандра эта частота равна /f£+ fx/,' а в отрицательные полупериоды равна /fg ” /· После уси50 ления и детектирования на выходе блока 8 появляется сигнал, частота которого измеряется частотомером 9 отдельно в положительный и отрицательный полупериоды меандра 14. Меандр 14 управляет направлением 33 Счета реверсивных счетчиков частотомера 9, причем в положительный по’лупёриод меандра о суще ст вл яет ся 'сложение, а в отрицательный полупериод.- вычитание. Разность, запи-; 60 санная в счетчиках после окончания одного периода меандра, положительна, так как /ft + ίχ /> /fE- fx/. Когда измеряемое напряжение Ux (линия 20) отрицательно, то к пере65 ,ходу Джозефсона 2 приложено напряжеJ37851from the generator 10 to the input of the integrator 11 receives the voltage of the meander (curve 14 in figure 2). From the output of the integrator 10, the result of integrating the meander - the sawtooth voltage sets the sawtooth current in the inductance coil 4 (curve 15). The resistance of the resistor 12 is large enough so that the output of the integrator 11 does not bypass the circuit 5 and does not impair its Q factor. A sawtooth current induces an EMF in the circuit of the rescid 1 (curve 16), repeating in the form of a meander. The amplitude of the EMF is equal to E. EMF is summed with positive in the selected system. the reference point is measured by the voltage + and x (line 17), and the summation result (curve 18) is applied to the Josephson 2 transition. For positive half-lengths of the meander, the voltage amplitude at the Josephson transition is / ϋ χ + E /, and in negative half-periods it is / and * - E /. In accordance with the Josephson relation in resquid 1, an oscillation occurs, the frequency of which (curve 19) is directly proportional to the voltage modulus (curve 18). In the positive half-periods of the meander, this frequency is / f £ + f x /, 'and in the negative half-periods it is / fg ”/ · After amplification and detection at the output of block 8, a signal appears whose frequency is measured by the frequency meter 9 separately in the positive and negative half-periods of the meander 14. The meander 14 controls the direction 33 of the Account of the reverse counters of the frequency meter 9, moreover, the addition is positive in the positive half-period of the meander and the subtraction is in the negative half-period. The difference, write down; 60 sled in the counters after the end of one period of the meander is positive, since / f t + ί χ /> / f E - f x /. When the measured voltage U x (line 20) is negative, then voltage is applied to Josephson 2, stroke J37851
Лие (кривая 21), причем амплитуда этого напряжения в положительные по-? лупериода меандра равна /Е - их/, а в отрицательные4, полупериода равна /-Е-их/.Lie (curve 21), and the amplitude of this voltage in positive? the meander luperiod is equal to / E - and x /, and in negative 4 , the half-period is equal to / E and x /.
В этом случае возникает осцилляция с частотой,показанной на фиг.2 кривой 22, а число, записанное в реверсивных счетчиках частотомера 9 в положительный полупериод меандра, будет меньше, чем число импульсов, вычитаемое в отрицательный полупериод меандра. Следовательно, разность, записанная в счетчиках по истечении одного периода меандра, отрицательна.In this case, an oscillation occurs with the frequency shown in Fig. 2 of curve 22, and the number recorded in the reversible counters of the frequency meter 9 in the positive half-wave of the meander will be less than the number of pulses subtracted in the negative half-wave of the meander. Therefore, the difference recorded in the counters after one period of the meander is negative.
Полярность измеряемого напряжения может быть выявлена, например, во втором полупериоде меандра,когда в процессе вычитания разность, записанная в счетчиках, становится равной нулю (если напряжение ϋχ отрицательно) , или на протяжении всего второго полупериода меандра не принимает нулевого значения (когда напряжение Ux положительно).The polarity of the measured voltage can be detected, for example, in the second square wave of the meander, when in the process of subtraction the difference recorded in the counters becomes zero (if the voltage ϋ χ is negative), or throughout the second half-wave of the square wave it does not take zero value (when the voltage U x positive).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU772548894A SU737851A1 (en) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Ultra-low voltage measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU772548894A SU737851A1 (en) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Ultra-low voltage measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU737851A1 true SU737851A1 (en) | 1980-05-30 |
Family
ID=20735381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU772548894A SU737851A1 (en) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Ultra-low voltage measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU737851A1 (en) |
-
1977
- 1977-12-01 SU SU772548894A patent/SU737851A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5935077A (en) | Noninvasive blood flow sensor using magnetic field parallel to skin | |
Liston et al. | A contact modulated amplifier to replace sensitive suspension galvanometers | |
US5132608A (en) | Current measuring method and apparatus therefor | |
US4290018A (en) | Magnetic field strength measuring apparatus with triangular waveform drive means | |
CN103885000A (en) | Alternating current induced magnetic field sensor with measuring frequency scanning function | |
EP1710591A1 (en) | Magnetic bridge electric power sensor | |
US4206641A (en) | Electromagnetic flow meter | |
CN103885006A (en) | Alternating current magnetic field sensor with measuring frequency scanning function | |
SU737851A1 (en) | Ultra-low voltage measuring device | |
US6633160B2 (en) | Fluxgate signal detection employing high-order waveform autocorrelation | |
KR100451480B1 (en) | Clamp type current mesuring apparatus capable of measuring ac and dc current | |
JPH0224476B2 (en) | ||
CN103885001A (en) | Series array type alternating current magnetic field sensing device | |
JPH0943328A (en) | Superconductive magnetic detecting device | |
SU385229A1 (en) | ACTIVE POWER METER | |
SU721783A1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
SU883817A1 (en) | Hall emf meter | |
JPH075004A (en) | Electromagnetic flow meter | |
SU415624A1 (en) | Device for measuring the magnetic energy of samples of hard magnetic materials | |
SU879487A1 (en) | Device for measuring infralow voltages | |
SU813273A1 (en) | Autocompensation meter of electrolyte current density | |
SU769469A1 (en) | Device for magnetic field gradient measuring device | |
JP3154154B2 (en) | Parallel T-type high-frequency bridge device | |
Kuriki et al. | On the AC bias readout schemes for high-Tc superconducting quantum interference devices | |
RU2189046C1 (en) | Device measuring acceleration |