Устройство для измерения магнитного потока Советский патент 1991 года по МПК G01R33/35 

со оо Oi о:)

Изобретение -относится к устройствам для магнитных измерений и может быть исполь:эоваио в геоэлектроразведке,

Целью изобретения является повыте- ние точности измерения магнитного потока.

На фиго 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройствам на фиг 2 - схема блока регулирования на фиг„ 3 - диаграммы иллюстрирующие работу устройства где а - ВАХ устройства (зависимость амплитуды напряжения Up на резонансном контуре от УРОВНЯ тока if, генератора высокой частоты)5 б - соответствующая кривой а шзгновая характеристика устройства (зависимость эффективного напряжения шумов U на выходе детектора шума от уровня тока if), в - форма огибающей тока ip во време- ни при четырех различных уровнях этого TOKaJ г кривые показывающие соответствующие этим амплитудам изменения эффективного напряжения шу мов Ujflj д зависимость выходного сигнала узкополосного фильтра низких частот (ФНЧ) от уровня тока if, ,

Устройство для измерения магнитного потока (смо фиг 1) содержит прследовательно соединенные генера- |Тор высокой частоты 1 модулятор 2 усилитель высокой частоты 3 амплитудный детектор 4 первьй синхрон- ный детектор 5 и интегратор 6 у выход которого соединен с выходом мо дулятор а 2,, сверхпроводящий квантовьй интерференционный датчик 7 с одним переходом Джозефсона, индуктивно связанный с резонансным контуром Sj подключенным к выходу модулятора 2 первый блок 9 опорного сигналаS первый выход которого соединен с выходом модулятора 2s, а второй выход - с вторым входом первого синхронного детектора 5, а также последовательно соединен- ные второй блок tO опорного сигнала второй синхронный детектор И и узкополосный ФНЧ 12J причем второй выход второго блока 10 опорного сигнала соединен с первым входом модулятора 2, второй вход синхронного детектора 11 через детектор 13 шума связан с выходом интегратора 6, а выход узкополос- ного ФНЧ 12 через блок 14 регулирования подключен к второму входу модулятора 2, Сверхпроводяшзий квантовый интерференционный датчик 7 с одним переходом Джозефсона и резонансный контур 8 помещены в криостат 15 с жидким гелием.

Блок регулирования 14 (см, фиг. 2) состоит из формирователя 16 импульсов окончания регулировки тока,триггера 17(автогенератора 18, счетчика-дешифратора 19 и цифроаналогового преобразователя 20.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений включают

электропитание всех узлов. С выхода блока 14 регулирования поступает на модулятор 2 медленно нарастающий сигнал Ugp с Под воздействием сигнала UPP и выходного напряжения Uf второ-.

го блока 10 опорного сигнала на соответствующие входы модулятора 2 начинается увеличение модулированного по амплитуде тока if, (см. фиг. 3,в). При этом форма сигнала модуляции UM может

быть гармонической либо логической (меандр), а глубина модуляции выбирается такой, чтобы размах огибающей тока ir составлял 15...20% абсолютной длины первого пологого участка ВАХ

(см, фиг. 3,а и в).

Модуляция тока i, приводит к появ- .лению в эффективном напряжении шумов U(u на выходе детектора 13 шума переменной составляющей Иш с.формой и частотой сигнала 11. Если несущая тока ir соответствует восходящим участкам шумовой характеристики (см.фиг, 3,6), то сигналы Ощ и UM синфазны, при соответствии тока ip ниспадающим участкам шумовой характерисtf

,тики сигналы U, и UM противофазны.

Сигнал Ош поступает на вход второго синхронного детектора 11, управляемого напряжением U первого выхода второго блока 10 опорного сигнала,

В результате обработки напряжения Urt синхронным детектором 11 и узкопо- лосным ФНЧ 12 на выходе последнего появляется сигнал , управляющий блоком 14 регулирования и- являющийся квадратурой

-|- U«-4 dt - )

где Т - период сигнала Ц, ,

Учитывая приведенные вьше соображения о форме сигнала, нетрудно показать, что при малом по сравнению

с первым пологим участком ВЛХ размах огибающей тока 1 и при соотношении частот сигналов первого и второго выходов второго блока опорного сигнала равном нечетному пелому числу, сигнал квадратуры представляет собой производную от U(j) по медленно меняющейся во времени несущей тока i, , При этом абсолютная неличина, и следовательно, точность в определении ифцц будут тем вьше, чем больше количество интенсивных гармоник сигнала Uu) дадут свой вклад в общий сигнал квадратуры. Поскольку интенсивность гармоник напряжения Uiu падает с увеличением их порядкового номера, необходимо учитывать низшие из них, начиная с первой. Из выражения (1) непосредственно следует, что для этого частоты сигналов U и Uui должны быть одинаковым.

Как видно из фиг. напряжения ифнц однозначно связан со зна- ком углового коэффициента характеристики (см. фиг. 3,6), и в точке минимума шумов устройства он меняется с отрицательного иа положительный.

При первой такой инверсии знака напряжения Цсрнц в блоке 1А регулирования вырабатывает импульс окончание регулирования и напряжение Usp на выходе блока 14 регулирования фиксируется, В результате процесс регулировки тока if прекращается. При этом величина тока ip соответствует оптимальному рабочему режиму устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения Marfmr- ного потока, содержаш.ее последовптель- но соединенные генератор высокой частоты, модулятор, усилитель высокой частоты, амплитудиьй детектор, первый синхронный детектор и янтеЕ ратор выход которого coeдинe с вьгходом модулятора, сверхпроводящий квантовый иптерференционный датчик с одним переходом Джозефсо1 а9 индук тивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу мo yлятo- ра, 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 сиггхронный детектор и узкополг Сный фильтр низких частот, причем второй выход второго блока опорного сигнала соединен с первым входом модулятора, отличающееся тем, что, с целью повьте- ния точности измерений, в него введены детектор шума и блок регулированияр причём вход детектора лгуна соединен с выходом интегратора, а вькод - с вторым входом второго синхронного детектора, выход блока регулирования подключен к второму входу модулятора, а вход - к выходу узкополосного фильтра низких частот, при этом частоты сигналов с первого и второго вькодов .второго блока опорного сигнала равны между собой.

Изобретение может быть использовано в геоэлектроразведке. Цель изобретения - повытение точности измерения магнитного потока. Устройство содержит генератор 1 в.ысокой частоты модулятор 2, усилитель 3 высокой частоты, амплитудный детектор 4, синхронные детекторы 5 и.11, интегратор 6, блоки 9 и 10 опорного сигнала, узкополосный фильтр 12 низких частот и криостат 15 с размещенными в нем сверхпроводящим квантовым интерфе - ренционным датчиком 7 с одним перехо дом Джозефсона и резонансным контуром 8. Для достижения поставленной цели введены детектор 13 шума, блок 14 регулирования и образованы новые функциональные связи, 3 ил.

CQ3ff{1Z

,Х&«КЛГ /9егуйг/ ро&гу

tfff Кргю/Зпрм

f fs MSff7eifl

f

f.i li i& is iLJiJ -Ji о

«B

ir

Ф1/13

) ШШЪ