Сверхпроводящий магнитометр Советский патент 1993 года по МПК G01V3/00 

i

(21)4301741/25 (22)030987 (46)30.11.93 Бюл.№ 43-44

(71)Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья

(72)Гитарц ЯП Форганг СВ.

(54) СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТОМЕТР (57) Изобретение относится к устройствам для магнитных измерений и может быть использовано в геоэлектроразведке в районах с высокой интенсивностью помех Цель изобретения - повышение точности измерений в условиях интенсивных помех Это достигается за счет автоматической установки оптимального уровня высокочастотного тока смещения сверхпроводящего квантового интерференционного датчика (СКВИД), соответствующего максимальному собственному быстродействию магнитометра С этой цепью к входным цепям подводят опорное магнитное поле, периодически нарушающее устойчивость устройства, а о достижении оптимального режима судят по первой инверсии знака производной зависимости устойчивости по высокочастотному току с плюса на минус Данную зависимость определяют из сигнала устойчивости, получаемого в результате синхронного детектирования выходного напряжения магнитометра с сигналом опорного магнитного поля Для дифференцирования этой зависимости высокочастотный ток смещения СКВИД модулируют по амплитуде сигналом низкой частоты таким образом, чтобы размах огибающей составлял 15 2С% от длины первого полого участка входной вольтамперной характеристики. Знак производной определяют по квадратуре от сигналов модуляции тока смещения датчика и устойчивости. В районах с высоким уровнем помех точность измерений предложенным устройством повышается более чем в два раза бил

СЯ

ез

Изобретение относится к устройствам для магнитных измерений сверхпроводящим (СКВИД) магнитометром и может быть использовано в геоэлектроразведке.

Целью изобретения является повыше- ние точности измерений в условиях интен- сивностных помех.

На фиг.1 приведена функциональная Схема сверхпроводящего магнитометра; на фиг.2 -диаграммы, иллюстрирующие принцип регулировки в предложенном устройстве тока 1Г высокочастотного смещения из условий достижения максимального быстродействия, зависимость амплитуды напря- жения Up на резонансном контуре от уровня тока lrl на фиг.З - сигнал, проводимый к СКВИДу при регулировке ir; на фиг.4 - напряжение Увых на выходе первого интегратора при регулировке In на фиг,5 - кривая устойчивости - зависимости напряжения Uycr на выходе второго интегратора от уровня тока Ir; на фиг.6 - настроечная кривая - зависимость напряжения ифнч на выходе узкополосного фильтра низких частот от уровня тока.

Сверхпроводящий магнитометр (фиг.1) содержит, последовательно соединенные

генератор 1 высокой частоты, модулятор 2,

усилитель 3 высокой частоты, амплитудный детектор 4, первый синхронный детектор 5 и первый интегратор 6, сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик с одним переходом Джозефсона (СКВИД) 7, ин- дуктивно связанный с резонансным контуром 8, первый блок опорного сигнала 9, а также второй блок 10 опорного сигнала, второй синхронный детектор 11, узкополосный фильтр 12 низких частот и блок 13 регу- лирования, полосовой фильтр 14, третий синхронный детектор 15 и второй интегратор 16, криостат 17 с жидким гелием, резистор 18.

Сверхпроводящий магнитометр работа- ет следующим образом.

При воздействии сигнала 1)бр, подаваемого с блока регулирования 13 на один из управляющих входов модулятора 2, и выходного напряжения UM второго блока опорного сигнала 10 - на соответствующие входы модулятора 2 начинается увеличение модулированного по амплитуде тока ir При этом форма сигнала модуляции DM может быть логической (меандр) либо гармонической, а глубина модуляции выбирается такой, чтобы размах сгибающей тока г составляй 15- 20% от абсолютной длины первого полого участка вольт-амперной характеристики ВАК (фиг.2).

Одновременно с третьего выхода второго блока 19 опорного сигнала в цепь обратной связи магнитометра подается аналоговый или логический сигнал Уз, ток от которого, протекая через катушку индуктивности контура 8, вызывает магнитный поток Ф , периодически нарушающий устойчивость магнитометра. Амплитуда напряжения на этом выходе блока 10 выбирается не менее, чем 5-10 раз большей, нежели на первом выходе блока 9, при этом Ф S(1,2 2,5), где Фо - квант магнитного потока.

Форма сигнала на выходе первого интегратора 6 1)вых с ростом уровня тока ir будет повторять диаграммы фиг.4. Этот сигнал проходит через полосовой фильтр 14, настроенный на основную частоту напряжения Da, затем перемножается с напряжени-J ем с четвертого выхода второго блока спорного сигнала 1)4 и интегрируется интегратором 16.

Сигнал на выходе второго интегратора 16 представляет собой квадратуру

1 Т4

г. /U

ТА

вых

U4dt,

0

5 0

5

0

где ТА - период сигнала LM.

Зависимость иуст от уровня тока Ir и является кривой устойчивости (фиг.5) магнитометра.

Модуляция тока Ir приводит к появлению в эффективном напряжении Uycr на выходе второго интегратора 16 переменной составляющей Uyci с формой и частотой сигнала DM.

Если несущая тока lr будет находиться левее оптимального значения (первый пологий участок ВАХ на фиг.2, первый колоколо- образный участок кривой устойчивости на фиг.5), сигналы Оуст и UM синфазны, если несущая Ir правее оптимального значения, Uycr и UM противофазны.

Сигнал Оуст поступает на вход второго синхронного детектора 11, управляемого напряжением Ui первого выхода второго блока 10 опорного сигнала. В результате обработки напряжения Оуст синхронным детектором 11 и узкополосным фильтром низких частот 12, на выходе последнего появляется сигнал ифнч, управляющий блоком регулирования 13 и являющийся квадратурой:

1 Т1

ифнч Y- / Uyctlbdt, 1 о

где Ti - период сигнала Ui,

а частоты Ui и UM допжны быть одинаковы

Зависимость напряжения ифнч от уровня тока 1г - настроечная кривая - приведена на фиг.6. Как видно из этой кривой, в точке максимальной устойчивости магнитометра, когда величина уровня Ir соответствует оптимальной, знак напряжения ифнч меняется с положительного на отрицательный. При первой инверсии знака напряжения ифнч блок 13 регулирования вырабатывает сигнал Окончание регулировки тока 1Л По переднему фронту этого импульса прекращается работа второго блока опорФормула изобретения

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий последовательно соединенные генератор высокой частоты, модулятор, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор, первый синхронный детектор и первый интегратор, выход которого через резистор соединен с выходом модулятора, сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик с одним переходом Джозефсона, индуктивно связанный с резонансным контуром, подключенным к выходу модулятора, 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 синхронный детектор, узкополосный фильтр низких частот и блок регулирования, причем второй

ного сигнала 10 и фиксируется напряжение Uep. Это означает прекращение регулировки тока 1г и выключение сигнала настройки Ua. При этом величина тока Ir соответствует оптимальному рабочему режиму устройства.

(56) Авторское свидетельство СССР № 995611, кл. G 01 R 33/02. 1981.

Авторское свидетельство СССР N: 1387676. кл. G 01 R 33/02, 1986.

25

15 выход второго блока опорного сигнала соединен с первым входом модулятора, второй вход которого подключен к первому выходу блока регулирования, второй выход которого подключен к управляющему вхо20 ДУ второго блока опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях интенсивных помех, в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу первого интегратора, третий синхронный детектор и

г второй интегратор, причем выход второго интегратора соединен с вторым входом

2Q второго синхронного детектора, а второй вход третьего синхронного детектора - с четвертым выходом второго блока опорного сигнала, управляющий вход которого связан с вторым выходом блока регулиро35 вания, а третий выход второго блока опорного сигнала подключен к выходу модулятора.

Ч

Vbt.t,,

ни/ .

TOC7

А г..

«на. 5

ЛЛ,

V