,1
Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и направлено на совершенствование устройств для преобразования малых .переменных напряжений и токов IB частоту.
Известно, что спектр частот, излучаемый спиновой системой, имеет конечную ширину. Это определяет, в частности, то, что квантовые и ядерные приборы, например, квантовые магнитометры с двойным оптическим резонансом, могут иметь несколько отличающиеся резонансные частоты в зависимости от направления вектора наиряженнасти .магнитного поля и его величины.
В целях повышения чувствительности и предварительной настройки на максимум спектральной плотности резо-нансной кривой предлагается применять прием, связанный с коррекцией уровня .постоянной составляющей магнитного поля в зоне 1кваптовых магнитометров или фазы в цепи обратной связи.
Особенность квантовых генераторов, основанных на иопользовании явления Д войного оптического .резонанса в парах щелочных металлов, заключающаяся в асимметрии резонансной линии, делает возможным преобразование и измерение малых и сверхмалых переменных напряжений и токов с повышенной точностью.
В непрерывно генерирующих квантовых системах, Имеющих звено обратной связи, кривая резонансного поглощения воспринимается как непрерывная кривая, хотя в действительности она имеет несколько максимумов, соответствующих разным энергетическим уровням, которые для щелочных металлов неэквидистантны.
Так как ширина линий в спектре мапнитното резонанса больше расстояния между ними, что практически всегда имеет место, получается одна результирующая резонансная линия асимметричной формы. Если квантовая система может генерировать на некоторой частоте fi, то при изменении направления магнитного поля на 180° атомы будут накачиваться на другой крайний энергетический уровень, а линия магнитного резонанса сдвигается в положение, соответствующее иной частоте /2. Разность между этими частотами из.меняется пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Это обстоятельство позволяет производить преобразование малых переменных гармонических и прямоугольных напрял ений и токов в частоту при соответствующем по.дборе постоянной магнитной системы квантового генератора. При этом уровень преобразуемого напряжения может быть значительно ниже напряжения отсечки лучших полупроводниковых выпрямителей.
Спектр частот преобразуемого напряжения (ограниченный максимальной частотой F ),
Рт должен удовлетворять условию
где То -характеристическое время спинспиновой релаксации атомов щелочного aieталла.
Малый порог чувствительности объясняется тем, что детектирование производится не на рабочем сигнале (иерелМенном напряжении), а с использованием промежуточного параметра- напряжениости магнитного поля и функционально связанной с -ней разиостыо частот.
Если результирующее поле является суммой постоянного поля Яо (например, магнитного поля Земли) и переменного поля, созданного магнитной системой (Н ), обтекаемой контролируемым током, то лри измерениях на переменном токе постоянную составляющую поля можно исключить использованием дифференциальной схемы измерения.
С делью поддержания стабильности опорной напряженности в объеме камеры поглощения может быть использовано устройство для коррекции частоты.
В дифференциальной схеме удается также повысить помехоустойчивость за счет ориентации векторов Я под некоторым углом к полю поляризации Яо. Этот угол выбирается таким, чтобы вектор внещней помехи располагался по отнощению « вектору Я под углом 90°. В этом случае результирующая напряженность изменяется в меньшей степени, а следовательно, возрастает стабильность устройства.
Для измерений повыщенной точно сти необходимо также знать коэффициент формы кривой входного сигнала, так как уровень частоты на выходе дифференциальной схемы зависит от формы сигнала.
На чертеже цредставлено устройство, реализующее описанный способ.
Устройство содержит квантовый 1генератор 1, усилитель 2 в цепи обратной овязи квантового генератора, запоминающее устройство (счетчик) 3, запоминающее устройство (счетчик) 4, входной преобразователь 5, устройство 6 самопроверки и додстройки, сравнивающее устройство 7, рабочую магнитную систему 8, магнитную систему 9 для самопроверки и подстройки нуля и коммутатор 10.
Работа такого устройства состоит в том, что преобразуемое напряжение (или ток) поступает в рабочую магнитную систему 8, например, в виде колец Гельмгольца через входной преобразователь 5, в качестве которого может быть использован делитель напряжения или тока. Напряженность поля, созданная
рабочей магнитной системой в объеме квантового генератора .1, работающего совместно с усилителем 2 в цепи обратной связи, приводит к появлению девиа1ции частоты квантового генератора, зависящей от амплитуды входного сигнала. Значение частоты при одной полярности входного сигнала с помощью запоминающего устройства 3, например электронного счетчика, преобразуется в код и сохраняется до момента получения запоминающим устройством 4 частоты от квантового генератора при другой полярности входного сигнала. Сопоставление сигналов, поступающих от запоминающих устройств, в сравнивающем
устройстве 7 позволяет получать значение частоты, пропорциональное амплитуде преобразуемого переменного напряжения или тока.
Управление работой запоминающих устройств и входного преобразователя осуществляется ко.Ммутатором 10, который выдает команды на устройство 6 самопроверки и подстройки частоты.
Устройство 6 самопроверки и подстройки частоты при нулевом входном сигнале воспринимает кодированное значение частоты сигнала квантового генератора (через усилитель 2 и устройство 4) и сравнивает ее с номинальным значением кода, заложенным в устройство самопроверки и подстройки.
:По результатам сравнения вырабатывается и запоминается управляющее воздействие в виде постоянного тока, поступающее в обмотку магнитной системы -9 самопроверки и подстройки. Созданная этой магнитной системой
напряженность поля в объеме квантового генератора обеспечивает получение номинального значения начальной частоты на выходе квантового генератора.
Нредмет изобретения
Способ преобразования переменных гармонических и прямоугольных напряжений и токов в частоту, основанный на дифференциальном преобразовании электрических сигналов, отличающийся тем, что, с целью ловыщения точности преобразования и помехоустойчивости, формируют сигнал в виде напряженности магнитного поля, непрерывно воздействуют им на поляризованную дифференциальную спиновую или макроскопическую колебательную систему, находящуюся в режиме автоколебаний и имеющую асимметричную резонансную кривую, причем векторы напряженности магнитного поля в зоне каждой из колебательных систем располагают под углом к вектору поля поляризации В направлении источников внещних помех, а уровень сигналов с дифференциальной автоколебательной
системы корректируют по коэффициенту формы кривой преобразуемого сигнала.
