SU879487A1 - Device for measuring infralow voltages - Google Patents

Device for measuring infralow voltages Download PDF

Info

Publication number
SU879487A1
SU879487A1 SU802878124A SU2878124A SU879487A1 SU 879487 A1 SU879487 A1 SU 879487A1 SU 802878124 A SU802878124 A SU 802878124A SU 2878124 A SU2878124 A SU 2878124A SU 879487 A1 SU879487 A1 SU 879487A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
amplitude
detector
frequency
parameter
voltage
Prior art date
Application number
SU802878124A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Семенович Кривой
Original Assignee
Омский политехнический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Омский политехнический институт filed Critical Омский политехнический институт
Priority to SU802878124A priority Critical patent/SU879487A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU879487A1 publication Critical patent/SU879487A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  инфранизких электрических напр жений ниже 10 В с использованием  влени  сверхпроводимости и эф фекта Джозефсона в слабосв занных сверхпроводниках. Известны автокомпенсационные воль метры инфранизких напр жений, в кото рых в качестве нуль-органа используютс  сверхпровод щие квантовые интерференционные датчики - сквиды, со держащие сквид, злектронную схему усилени , детектировани  и.фильтрации .сигнала со сквида, выходной изме рительный прибор, цепь компенсации и св занную со сквидом катушкуиндук тивности, к зажимам которой подключено измер емое напр жение f 1 , Информаци  об измер емом напр жении в таких воль.тметрах представлена в ана логовой форме, что  вл етс  недостат ком. Известен также вольтметр инфраниз ких напр жений, содержащий частичнорезистивный сквид (ресквид), св занный индуктивно с колебательным контуром , подключенным к усилителю высокой частоты, на. выходе которого, включен.: амплитудный детектор и частотомер 2, На ресквид подаетс  магнитный поток высокочастотной (ВЧ) накачки от отдельного генератора, подключенного к катушке, индуктивно св занной с ресквидом. Измер емое напр жение прикладываетс  к резистивному участку рёсквиду. Генератор, усилитель и детектор образуют блок ВЧ-накачки, который может быть реализован и другими средствами , например без генератора, когда дп  ВЧ-накачки используетс  автогенераци  усилител . Этот вольтметр  вл етс  цифровым, причем измер емое напр жение преобразуетс  в частоту в ресквиде в соответствии с соотношением Джозефсона fj Ux/%,The invention relates to a technique for measuring infra-low electrical voltages below 10 V using the phenomenon of superconductivity and the Josephson effect in weakly coupled superconductors. Autocompensation volts of infra-low voltages are known, in which superconducting quantum interferential interference sensors are used as a null organ — squid, containing a squid, an electronic amplification circuit, detection and filtering of a squid, an output meter, a compensation circuit and SQUID-inductance coil, to the terminals of which the measured voltage f 1 is connected. The information on the measured voltage in such volts meters is presented in an analog form, which is a disadvantage. An infra-low voltage voltmeter is also known, which contains a partially resistive squid (rescued), which is inductively coupled to an oscillating circuit connected to a high-frequency amplifier, on. the output of which includes: an amplitude detector and a frequency meter 2; The rescued is fed with a high-frequency (HF) pump magnetic flux from a separate generator connected to a coil inductively coupled to the rescued. The measured voltage is applied to the resistive section of the equestrian. The generator, amplifier, and detector form an RF pump unit, 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 in a rescue according to the Josephson ratio fj Ux /%,

где f - частота джозефсоновскон генерации; d напр жение на переходеwhere f is the Josephson oscillation frequency; d voltage at junction

Джозефсона (Ь/2е 2,07-. - квантJosephson (b / 2e 2.07-. - quantum

магнитного потока. Джозефсоновска  генераци  модулирует с частотой f-j импеданс ресквида что приводит к амплитудной модул ции напр жени  на контуре. После усилени  и детектировани  этого напр жени  на выходе детектора блока ВЧ-накачки по вл етс  переменное напр жение с частотой fj. Частота f-i измер етс  частотомером. Ввиду того, что частота f пропорциональна U, а коэффициент пропорциональности обратна  величина от кванта магнитного потока, т.е.  вл етс  мировой посто нной, то калибровка вольтметра не требуетс . Информаци  об измер емом напр жении представл етс  в этом вольтметре в цифровой форме.magnetic flux. The Josephson generation modulates with the frequency f – j the resqued impedance, which leads to amplitude modulation of the voltage on the circuit. After amplifying and detecting this voltage, a variable voltage with a frequency fj appears at the output of the detector of the RF-pump unit. The frequency f-i is measured by a frequency meter. In view of the fact that the frequency f is proportional to U, and the proportionality coefficient is the inverse of the magnetic flux quantum, i.e. is the world constant, then the calibration of the voltmeter is not required. Information on the measured voltage is represented in this voltmeter in digital form.

Амплитуда огибающей модул ции напр жени  на контуре зависит от гистерезисного параметра ресквидаThe amplitude of the voltage modulation envelope on the circuit depends on the hysteresis parameter of the resquad

1 21Р ,1 21P

где L . - индуктивность ресквида, where is l. - inductance reskvida,

1скритический ток перехода Джозефсона, вход щего в рескйид.1 is the critical current of the Josephson junction, which enters the reskyd.

Дл  нормальной работы прибора необходимо , чтобы параметр t находилс  в Некотором заданном интервале, так Как от и зависит а.мплитуда сигнала, поступающего на частотомер. При уменьшении параметра К ниже I реек- вид переходит в так называемый безгистерезисный режим работы, и сигнал на выходе детектора уменьшаетс -. При этом частотомер, входное пороговое устройство которого настроено на уровень сигнала при допустимом значении параметра Е, не в состо нии измерить частоту f-j.For normal operation of the instrument, it is necessary that the parameter t be in a certain predetermined interval, since, as and depends on the amplitude of the signal fed to the frequency meter. When the parameter K decreases below I, the rack switches to the so-called hysteresis-free mode of operation, and the signal at the detector output decreases -. In this case, the frequency meter, whose input threshold device is tuned to the signal level with a permissible value of the parameter E, is not able to measure the frequency f-j.

В гистерезисном режиме работы ресквид при К 1) увеличение параметра сверх допустимого значени  также сопровождаетс  уменьшением амплитуды сигнала, что приводит вначале к сбо м частотомера, а при далнейшем росте 6- к полной нечувствительности частотомера к сигналу.In the hysteresis mode of operation, the rescive at K 1) an increase in the parameter above the permissible value is also accompanied by a decrease in the signal amplitude, which leads first to a loss of the frequency meter, and with a further increase of 6 to the full insensitivity of the frequency meter to the signal.

Параметр может измен тьс  как в процессе непрерывной работы ресквида , например под действием изменений температуры в криостат.е, так и в результате термоциклировани The parameter can be changed both in the process of continuous operation of the rescue, for example, under the effect of temperature changes in the cryostat, and as a result of thermal cycling.

от комнатной температуры до гелиевой при многократных погружени х рескви .да в криостат. Отсутствие контрол  параметра в известном вольтметреfrom room temperature to helium with multiple immersions of a resistor in a cryostat. No parameter control in a known voltmeter

не позвол ет судить о качестве ресквида и о достоверности измерений, что  вл етс  недостатком известного устройства.It does not allow to judge the quality of the resqued and the reliability of the measurements, which is a disadvantage of the known device.

Цель изобретени  - повышение достоверности измерени .The purpose of the invention is to increase the reliability of the measurement.

Эта цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  инфранизких напр жений, содержащее частично резистивный сквидд, -индуктивно св занный с колебательным контуром, подключенным к блоку высокочастотной накачки, включающему в себ  последовательно соединенные усилитель высокой частоты и детектор, на выходе This goal is achieved by the fact that in a device for measuring infra-low voltages, containing a partially resistive SQUID, is inductively coupled to an oscillatory circuit connected to a high-frequency pumping unit, which includes a series-connected high-frequency amplifier and detector, at the output

которого включен частотомер и входные зажимы, подключенные к резистивной части ресквида, введены два амплитудных детектора, конденсатор, аналоговый делитель и показывающийof which the frequency meter and input terminals connected to the rescvid resistive part are included, two amplitude detectors, a capacitor, an analog divider and indicating

прибор, вход одного амплитудного детектора соединен с выходом блока высокочастотной накачки, вход другого, амплитудного детектора соединен с входом первого амплитудного детектора через конденсатор, выходы амплитудных детекторов соединены с входами аналогового делител , вьшод которого подключен к показывающему прибору , причем выход первого амплитудного детектора подключен к входу Делимое аналогового делител .the device, the input of one amplitude detector is connected to the output of the high-frequency pumping unit, the input of the other amplitude detector is connected to the input of the first amplitude detector through a capacitor, the outputs of the amplitude detector are connected to the inputs of the analog divider, the detector of which is connected to the indicating device, and the output of the first amplitude detector is connected to input divisible analog divider.

На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого устройства.The drawing shows a structural diagram of the proposed device.

Устройство дл  измерени  инфранизких напр жений состоит из ресквида 1 с переходом 2 Джозефсона и зажимами 3 дл  подачи измер емого напр жени . Ресквид I индуктивно св зан с катушкой 4 индуктивности колебательного контура 5, подключенного кThe device for measuring infra-low voltages consists of a resquad 1 with a 2 Josephson junction and clamps 3 for supplying the measured voltage. Reskquid I is inductively coupled to coil 4 of an inductance of an oscillating circuit 5 connected to

5 входу усилител  6 высокой частоты, работающего в автогенерационном режиме . На выходе усилител  6 включен детектор 7. Усилитель 6 и детектор 7 составл ют блок 8 высокочастотной5 input amplifier 6 high frequency operating in auto-generation mode. At the output of amplifier 6, detector 7 is turned on. Amplifier 6 and detector 7 comprise a high-frequency block 8

Claims (2)

0 накачки. К выходу блока 8 подключены частотомер 9, амплитудный детектор 10 непосредственно и амплитудный детектор 11 через конденсатор 12. Выходы детекторов 10 и 11 соединены с входами аналогового делител  13, причем детектор 10 подключен к входу 14 (Делимое). На выходе делител  13 включен показывающий прибор 15. Вольтамперна  характеристика кок тура 5, св занного с ресквидом 1,  вл етс  ступенчатой при параметре g 7 1 Дл  работы систе1ф ресквид контур выбираетс  первое плато характеристики , т.е. первый участок характеристики, на котором амплитуда , напр жени  на контуре 5 оста етс  практически посто нной при изм нении в некоторых пределах амплитуд высокочастотной накачки, поступающего от усилител  6 высокой частоты, введенного в автогенерацио ный режим. Высота первого плато мен етс  с частотой джозефсоновской генерации в пределах параллелограм ма, что иллюстрирует механизм ампл тудной модул ции напр жени  на контуре 5. Режим работы на первом плато задаетс  коэффициентом ck положительной обратной св зи усилител  6, хар-актеризующим наклон линии обратной св зи на вольтамперной характер тике ,() контура 5. Максималь на  амплитуда b напр жени  на конту 5 определ етс  соотношением b - (Фо /2)( I /v) S X Н/), а интервал а, в котором колеблетс  амплитуда напр жени  на контуре 5 под действием джозефсоновской генерации соотношением а-ФоО оЬ /iM, где Щ) - углова  частота высокочаст ной накачки; L, - индуктивность катушки 4 ко лебательного контура 5; М - взаимна  индуктивность катушки 4 и ресквида 1. Отсюда отношение Ь/а равно Ъ/а-Гагсеое К и зависит почти линейно от параметра 6 , что дает основани  использова отношение Ь/а дл  определени  параметра е . На выходе детектора 7 вьщел етс  огибающа  амплитудной модул ции напр жени  на контуре 5. Этот сигнал подаетс  на детектор 10, который выдел ет его амплитуду, пропорциональную Ь, и через конденсато 12 на детектор 11, который выдел ет амплитуду сигнала без посто нной составл ющей, пропорциональную а/2. Делитель 13 производит дёлейие напр жени , пропорциональное Ь, на напр жение, пропорциональное а/2 Результат делени  2Ь/а индуцируетс  прибором 15, шкала которого отградуирована в единицах параметра t. Зависимость параметра 6 от отношени  Ь/а  вл етс  линейной за исключением небольшого начального участка. Это обусловливает практически линейную шкалу прибора 15 дл  значений параметра С 1 ,5. Введение двух амплитудных-детекторов , конденсатора, аналогового делител  и показывающего прибора позволило решить задачу контрол  параметра С в процессе эксплуатации устройства дл  измерени  инфранизких напр жений . Предлагаемое устройство также может быть использовано дл  контрол  параметра 6 ресквида в процессе его настройки. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  инфранизких напр жений, содержащее частично-резистивный сквид, индуктивно св занный с колебательным контуром, подключенным к блоку высокочастотной накачки, включающему в себ  последовательно соединенные усилитель выс.о- . кой частоты и детектор, на выходе которого включен частотомер и входные зажимы, подключенные к резистивной части сквида, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности измерени , введены два амплитудных детектора, конденсатор , аналоговый делитель и показывгиощий прибор, вход одного амплитудного детектора соединен с выходом блока высокочастотной накачки, вход другого амплитудного детектора соединен через конденсатор с входом первого амплитудного детектора, а их выходы - с входами аналогового делител , выход которого подключен к показьшающему прибору, причем выход первого амплитудного детектора подключей к входу Делимое аналогичного делител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Солимер Л. Туннельный эффект в сверхпроводниках и его применение. М. ,Мир, 1974, с. 388. 0 pumping. The output of block 8 is connected to a frequency meter 9, an amplitude detector 10 directly and an amplitude detector 11 through a capacitor 12. The outputs of the detectors 10 and 11 are connected to the inputs of the analog divider 13, and the detector 10 is connected to the input 14 (Divisible). At the output of divider 13, the indicating device 15 is turned on. The volt-ampere characteristic of the cock 5, associated with rescued 1, is stepwise with the parameter g 7 1. For operation of the resumed system, the first plateau of the characteristics, i.e. the first part of the characteristic where the amplitude of the voltage on the circuit 5 remains almost constant when changing in some limits the amplitudes of the high-frequency pumping coming from the high-frequency amplifier 6 entered into the autogeneration mode. The height of the first plateau varies with the frequency of the Josephson generation within the parallelogram, which illustrates the mechanism of amplitude voltage modulation on circuit 5. The mode of operation on the first plateau is determined by the coefficient ck of the positive feedback of the amplifier 6, the characteristic of the feedback line slope on the current-voltage character of tick, () of circuit 5. The maximum of the amplitude b of the voltage on the circuit 5 is determined by the ratio b - (Fo / 2) (I / v) SX H /), and the interval a in which the amplitude of the voltage fluctuates contour 5 under the influence of Josephson Coy ratio generating and OSF-ob / iM, where u) - angular frequency vysokochast hydrochloric pump; L, is the inductance of coil 4 of the oscillatory circuit 5; M is the mutual inductance of coil 4 and resquad 1. Hence, the ratio b / a is equal to b / a-Gagseoe K and depends almost linearly on parameter 6, which gives grounds to use the ratio b / a to determine the parameter e. At the output of detector 7, an amplitude modulation envelope of the voltage on circuit 5 is selected. This signal is fed to detector 10, which allocates its amplitude proportional to b, and through condensate 12 to detector 11, which extracts the amplitude of the signal without a constant component proportional to a / 2. The divider 13 produces a voltage proportional to b, a voltage proportional to a / 2. The result of dividing 2b / a is induced by the device 15, the scale of which is calibrated in units of the parameter t. The dependence of parameter 6 on the ratio b / a is linear except for a small initial segment. This leads to an almost linear scale of the device 15 for the values of the parameter C 1, 5. The introduction of two amplitude-detectors, a capacitor, an analog divider and an indicating instrument made it possible to solve the problem of monitoring the parameter C during operation of the device for measuring infra-low voltages. The proposed device can also be used to control the parameter 6 of the rescue in the process of setting it up. Apparatus of the Invention A device for measuring infra-low voltages, comprising a partially resistive squid inductively coupled to an oscillating circuit connected to a high-frequency pumping unit comprising a series-connected high-power amplifier. Frequency and the detector, the output of which includes a frequency meter and input terminals connected to the resistive part of the SQUID, is characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, two amplitude detectors, a capacitor, an analog divider and a display device are inserted, the input of one amplitude detector is connected to the output of the high-frequency pumping unit, the input of another amplitude detector is connected through a capacitor to the input of the first amplitude detector, and their outputs are connected to the inputs of an analog divider, the output of which is connected n to pokazshayuschemu device, wherein the output of the first amplitude detector connected to the inputs of similar splitter dividend. Sources of information taken into account in the examination 1.Lsolimer L. Tunnel effect in superconductors and its application. M., Mir, 1974, p. 388. 2.Патент США № 3622881, кл. 324-120, опублик. 23.11.71.2. US patent number 3622881, cl. 324-120, published. 11.11.71.
SU802878124A 1980-02-06 1980-02-06 Device for measuring infralow voltages SU879487A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802878124A SU879487A1 (en) 1980-02-06 1980-02-06 Device for measuring infralow voltages

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802878124A SU879487A1 (en) 1980-02-06 1980-02-06 Device for measuring infralow voltages

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU879487A1 true SU879487A1 (en) 1981-11-07

Family

ID=20875771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802878124A SU879487A1 (en) 1980-02-06 1980-02-06 Device for measuring infralow voltages

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU879487A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3085566A (en) Apparatus for measuring the electrical response of living tissue
US4823087A (en) Salimeter
Cutkosky An ac resistance thermometer bridge
US3434053A (en) Circuits for an electrical rms measuring instrument
SU879487A1 (en) Device for measuring infralow voltages
US4321544A (en) Method and improved apparatus for obtaining temperature-corrected readings of ion levels and readings of solution temperature
US2832046A (en) Magnetic flux method of and means for measuring the density of direct current
US3448378A (en) Impedance measuring instrument having a voltage divider comprising a pair of amplifiers
US3458803A (en) Apparatus and method for directly measuring capacitance and dissipation factor of capacitors
US2769957A (en) Comparator
US3593118A (en) Apparatus for measuring the electrical conductivity of liquids having dielectric-faced electrodes
US3068410A (en) Expanded scale electrical measuring system having high temperature stability
US2923880A (en) Apparatus for impedance measurements
Gearhart Jr et al. Simple high‐stability potentiometric ac bridge circuits for high‐resolution low‐temperature resistance thermometry
US2784375A (en) Circuit resonance indicator
JPS59148855A (en) Measuring device for conductance of epidermal horny layer
RU1774288C (en) Method of measurement of electromagnetic field strength
US3525931A (en) Radio frequency apparatus for measurement of plasma conductivity
US2701337A (en) Time constant meter for tuning forks and the like
SU1425431A1 (en) Eddy-current thickness gauge
Clark et al. A nonsuperconducting detection system for low level dc voltages
SU635432A1 (en) Hf ac voltage reproducing arrangement
SU758020A1 (en) Magnetometer
SU1048434A1 (en) Device for measuring ferromagnetic material static magnetic parameters
SU993365A1 (en) Device for measuring internal resistance of electrochemical current source