Сверхпроводниковый флюксметр Советский патент 1987 года по МПК G01R33/35 

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых изменений магнитных потоков в области сверхниз ких частот, а также для измерения лю бых физических величин, преобразуемых в магнитный поток, например, напряжения, тока, магнитной восприимчивости, ускорения и т.д. Целью изобретения является повыше ние чувствительности сверхпроводникового флюксметра в области низких частот. На фиг. 1 представлена блок-схема флюксметра; на фиг. 2 - зависимость выходных напряжений двухконтактного сверхпроводящего квантового интерферометра от модулированного внешнего магнитного потока. Сверхпроводниковый флюксметр содержит источник 1 тока смещения, уси литель 2 переменного тока, синхронный детектор 3, интегратор 4, резистор 5 обратной йвязи, разделительнь конденсатор 6, катушку 7 обратной св из, генератор 8, двухконтактньй свер проводящий квантовый интерферометр 9 переменный резистор 10, постоянный резистор 11, компенсационную катушку 12, причем двухконтактньй сверхпроводящий квантовый интерферометр подключен к входу усилителя 2, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора 3, выход кото рого последовательно соединен с интегратором 4 и первым вьшодом резистора 5 обратной связи, а второй вывод соединен с катушкой 7 обратной связи и через разделительный конден сатор 6 - с выходом генератора 8 и вторым входом синхронного детектора 3, а компенсационная катушка 12 индуктивно связана с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интёрферо метром 9 и электрически соединена с первым крайним вьгеодом переменного резистора 10, второй крайний «ьшод которого соединен с катушкой 7 обра ной связи, а средний вьтод соединен с источником 1 тока и через постоян ный резистор 11 соединен с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферометром 9. Устройство работает следующим об разом. Измеряемой магнитный поток и, ка следствие, выходной сигнал двухконтактного сверхпроводящего квантовог 0 ИИ герфсрометра 9 мпду.иирустся мпгиитным потоком, ипг одимым ка ryiiiKofi / обратной связи при протекании через нее синусоидального тока через разделительный конденсатор 6 от генератора 8. Сигнал с двухконтактного сверхпроводящего квантового интерферометра 9 поступает на усилитель 2 переменного тока, а затем - на первый вход синхронного детектора 3, опорной частотой которого служит сигнал генератора. 8. Выходные сигналы VJ и V (фиг. 2), получаемые при , и , изменяются с частотой модуляции и находятся по отношению друг к другу в противофазах. Напротив, при выходной сигнал изменяЛся с удвоенной частотой модуляции и позтому не содержит основной гармоники генератора (Ф - квант магнитного потока) . Далее выходной сигнал основной частоты преобразуется с помощью синхронного детектора 3 в управляющее напряжение, которое поступает на интегратор 4. Если полный магнитный поток в контуре двухконтактного сверхпроводящего квантового интерферометра 9 не равен целому числу квантов магнитного потока п-Фо, то на интегратор 4 будет поступать с выхода синхронного детектора 3 напряжение коррекции, и компенсирующий магнитный поток, создаваемьй катушкой 7 обратной связи, будет изменяться до тех пор, пока полный магнитньй поток не станет равным п-Фо. При изменении внешнего магнитного потока в каждый момент времени устройство переходит в равновесное состояние с новым значением компенсирующего магнитного потока, так что полный магнитньй поток в контуре интерферометра остается квазипостоянным и равным пФо. При этом ток через резистор 5 обратной связи, которьй создает компенсирующий магнитньй поток, а вместе с ним и напряжение на выходе интегратора 4, служит непосредственной мерой величины изменения внешнего магнитного потока. Г1овьш1ение чувствительности предлагаемого сверхпроводникового флюксметра достигается путем компенсации изменения паразитного магнитного потока в контуре интерферометра, вызванного нестабильностью источника 1 тока смещения и неиндеитичностьнэ сверхпроводящих контактов, составляющих двухконтактный сверхпроводящий квантовый интерферометр 9, Для этого последовательно к катуш ке 7 обратной связи подключена компенсационная катушка 12. Соотношение потоков в катушках 7 и 12 достигается положением движка переменнохо резистора 10. Соотношение токов через интерферометр и катушки определяется параметрами резисторов 10 и 11. Необходимым и достаточным услови ем независимости положения рабочей точки сверхпроводникового флюксметра от дрейфа источника 1 тока смещения является выполнение соотношения L , I, L,2 1 k (L,+L,)() .Г коэффициент, связывающий внешний магнитный поток с током смещения и суммарной индуктивностью сверхпроводящих контактов; k - коэффициент пропорциональности между током смещения интерферометра и током через постоянный резистор 1 индуктивности сверхпроводящих контактов; критические токи через сверхпроводящие контакты. Установление рабочей точки сверхпроводникового флюксметра согласно условию (1) осуществляется переменньи резистором 10. В случае симметричного двухконтактного сверхпроводя-, щего квантового интерферометра, при выполнении условия I , коэффициент k 0, а, следовательно, пот- : ребность в компенсации нестабильности источника тока смещения отпадает. Однако симметрия плеч сверхпроводящего квантового интерферометра на практике встречается редко. Изобретение позволяет, по сравнению с прототипом, значительно уменьшить частоту среза избыточного шума, что повышает чувствительность сверхпроводникового флюксметра (на один два порядка) без ухудшения остальных эксплуатационных характеристик, а также позволяет расширить температурный рабочий диапазон и уменьшить стоимость неохлаждаемой электроники за счет существенного снижения требования к стабильности источника тока смещения.

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЙ ФЛЮКСМЕТР, содержащий источник тока смещения, усилитель переменного тока, синхронный детектор, интегратор, резистор обратной связи, разделительный конденсатор, катушку обратной связи, генератор, двухконтактный сверхпроводящий квантовьш интерферометр, подключенный к входу усилителя переменного тока, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, выход которого последовательно соединен с интегратором и первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с катушкой обратной связи и через разделительный конденсатор - с выходом генератора и вторым входом синхронного детектора, о т - личающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него дополнительно введены переменный резистор, постоянный резистор и компенсационная катушка, которая индуктивно связана с Двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферометром и электрически соединена с первым ш крайним вьшодом переменного резисто(Л ра, второй крайний вьшод которого соединен с катушкой обратной связи, а средний вьшод соединен с источником тока смещения и через постоянный резистор соединен с двухконтактным сверхпроводящим квантовым интерферометром.