Квантовый магнитометр Советский патент 1993 года по МПК G01R33/35 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при физических и биомагнитных измерениях.

Цель изобретения - уменьшение искажений и повышение разрешающей способности устройства путем сужения полосы пропускания за счет однополосной обработки сигнала.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 приведен спектр сигнала на выходе СКВИДа.

Магнитометр содержит последовательно соединенные ВЧ-СКВИД 1, предварительный усилитель 2, полосовой фильтр 3, ВЧ-усилитель 4, синхронный детектор 5 и интегратор 6, выход которого соединен через первый масштабирующий резистор с контуром СКВИДа 1, с входом схемы возврата 7, включенной в цепь обратной связи интегратора 6, и через буферный усилитель

8 - с. выходом устройства, а также &Ч-генератор 9, выход которого соединен с входом синтезатора частот 10, а через второй масштабирующий резистор - с контуром СКВИДа. Синтезатор частот содержит делитель частоты 11, выход которого соединен с соединенными в кольцо фазовым детектором 12, корректирующим фильтром 13, управляемым генератором И и смесителем 15. Первый выход синтезатора соединен с вторым входом синхронного детектора 5, второй выход - через третий масштабирующий резистор с контуром ВЧ- СКВНДа.

Работа магнитометра основана на известном принципе однополосной обработки сигналов, который широко используется в радиосвязи для более эффективного использования мощности передатчика и двукратного сужения полосы частот, занимаемой одним канас/

С

§

О

со

Јь

лом связи и эфира. Этот принцип основывается на том, что при амплитудной модуляции вся информация модулирующем сигнале заложена в одной из боковых полос, поэтому оказывается достаточным обрабатывать только одну боковую полосу. При двойной амплитудной модуляции, которая наблюдается в данном случае, вся информация о модулирующем сигнале заложена в одной из боковых полос одной из лод- несущих частот F0 + -F, которые образуются в результате появления комбинационных составляющих частот F0 и Г| на нелинейном элементе (СКВИ- Де) (см. фиг.2). Полосовой фильтр 3, на который нагружен предварительный усилитель 2, имеет полосу пропускания, равную полосе исследуемого сигнала Пс и центральную частоту

Гф F0 + -F, + -Пс/2, (Т)

Наличие полосового фильтра позволяет не менее, чем в 6 раз уменьшить полосу пропускания ВЧ-тракта и во столько же раз увеличить отношение сигнал/шум по мощности а сравнении с прототипом. Для исключения из тракта прохождения сигнала AM детектора, который приводит к появлению искажений сигнала и дополнительных шумов, и обеспечения возможности осуществления однократного детектирования однополосного сигнала, выделенного полосовым фильтром 3, в схему магнитометра введен синтезатор частот F и F2, синхронизованный с генератором высокой частоты F0. Тогда на синхронный детектор 5 в качестве опорного подается сигнал с выхода управляемого генератора И, имеющего частоту FZ одной из поднесущих, т.е.

Ґг F0 + F4 . (2)

Чтобы при синхронном детектировании исключались искажения спектра сигнала, обусловленные смещением спектра продетектированного сигнала при невыполнении условия (2), управляемый генератор включен в схему ФАПЧ, которая обеспечивает синхронность сигналов с частотами F0, F4 и F2. Для этого сигнал с частотой F2 с выхода управляемого генератора 1 подается на первый вход смесителя 15 на второй вход которого подается сигнал от ВЧ-генератора 9 с частотой F0. С выхода смесителя 15 сигнал разност0.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ной частоты (F2 - Г0) поступает на первый вход фазового детектора 12, на второй вход которого поступает сигнал с частотой F, полученной путем деления частоты Ffl делителем частоты 1 1 в целое число раз. Эти сигналы сравниваются по фазе. Появляющийся в результате сигнал ошибки с выхода фазового детектора через корректирующий фильтр 13 изменяет частоту управляемого генератора 14 так, чтобы выполнялось равенство F4 - F0 F, с точностью до фазы. Формула изобретения

1.Квантовый магнитометр, содержащий высокочастотный СКВИД, выход которого соединен с входом предварительного усилителя, последовательно соединенные высокочастотный усилитель, синхронный детектор и интегратор, выход которого соединен через первый масштабирующий резистор с контуром СКВИДа, с входом схемы возврата, включенной в цепь обратной связи интегратора и через буферный усилитель

с выходом устройства, генератор высокой частоты, выход которого через второй масштабирующий резистор соединен с контуром СКВИДа, третий масштабирующий резистор, соединенный с контуром СКВИДа, отличающий- с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем сужения полосы пропускания за счет однополосной обработки сигнала, в него введены полосовой фильтр, включенный между предварительным усилителем и усилителем высокой частоты, и синтезатор частот F4 и FZ , синхронизированный с генератором частоты, при этом вход синтезатора частоты соединен с выходом генератора высокой частоты, пер- вый выход - с вторым входом синхронного детектора, а второй выход - с третьим масштабирующим резистором,

2.Магнитометр по п. 1, отличающийся тем, что синтезатор частот содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, корректирующий фильтр, управляемый генератор, выход которого является выходом сигнала с частотой F2, смеситель и делитель частоты, вход которого, являющийся входом синтезатора, соединен с вторым входом смесителя, а выход, являющийся выходом сигнала с частотой F, соединен с вторым входом фазового детектора .

фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при физических и биомагнитных измерениях. Цель изобретения - повышение разрешающей способности. Поставленная цель досжигается обеспечением возможности (9 осуществления однократного детектирования однополосного сигнала, выделенного полосовым фильтром 3, при введении в схему синтезатора частот 10 синхронизированного с ВЦ-генератором 9. Магнитометр также содержит ВЧ- СКВИД 1, предварительный усилитель 2, ВЧ-усилитель 4, синхронный детектор 5 и интегратор 6, схему возврата 7 буферный усилитель 8. Синтезатор содержит делитель частоты I1, фазовый детектор 12,.корректируюший фильтр 13, управляющий генератор 1, смеситель 15. 2 ил.

S(F)

F 0- Я

Л

Fff -FO