Градиентометр с переменной базой Советский патент 1982 года по МПК G01R33/35 

(54) ГРАДИЕНТОМЕТР С ПЕРЕМЕННОЙ БАЗОЙ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения слабых магнитных полей и их градиентов (в качестве детектора магнитных аномалий). Известен градиентометр, содеркаший трансформатор потока, выполненньй в ви . де двух проволочных приемных катушек, включенных навстречу друг другу. Сигнал, выделенный из трансформатора потока измеряется с помощью ВЧ-сверхпро водяшего квантового интерференционного детектора (СКВИДа) (l . Основными недостатками такого устройства являются сложность и нестабильность балансировки по трем компонентам магнитного поля, постоянная база, которую невоз можно изменять в процессе работы, и невозможность одновременного измерения величины магнитного поля и его градиен та. Известен также градиентометр, содеркаший две приемные катушки, первый .СКВИД, выход которого соединен с входом первого усилителя, интегратор, пер- г вый резистор 2j . Его недостатком являются узкие функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности в процессе работы произвольно изменять базу градиентометра в зависимости от расстояния до источника сигнала (размер базы ограничен размером подложек датчика, а всякое увеличение базы сопровождаетоя увеличением индуктивности градиентометра за счет удлинения связей и, следовательно, ухудшением чувствительности прибора ; невозможностью одновременного измерения магнитного поля и градиента; сложностью метода и нестабильностью парза- метров системы механических перемещений для балансировки градиентометра. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в градиентометр с переменной базой, содерисаший две приемные катушки, первый сверхпроводяший KE aнтoвый интерференнионный детектор, выход которого соединен с входом первого усилителя, интегратор, первый резистор, введены второй сверхпроводящий квантовой интерференционньА детектор, второй и третий усилители, фазовый детектор, элемент .фиксации, компаратор, генератор тока, четыре резистора и переменный резистор, причем выход первого усилителя через последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор и второй усилитель подключен к выходной шине и через первую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводящего квантового интерференционного детектора - к общей шине, выход второго сверхпроводящего квантового интерференционного детектора через третий усилитель соединен с другим входом фазового детектора и с первым входом элемента фиксации, второй вход ко- торого через генератор тока соединен с объединенными выводами первого резисто ра и переменного резистора, другие выво ды которых через соответствующие резис торы подключены к входам питания сверхпроводящих квантовых интерференционных детекторов, а выход через последовательно соединенные компаратор, первую внешнюю катушку индуктивности второго сверхпроводящего квантового интерференционного детектора и вторую внешнюю катушку индуктивности первого сверхпроводящего квантового интерференционного детектора подключен к общей шине, приемные катушки подключены соот ветственно к третьей внешней катушке ин дуктивности первого сверхпроводящего Квантового интерференционного детектора и к второй внешней катушке индуктивности второго сверхпроводящего квантового интерференционного детектора. На чертеже представлена схема градиентометра с переменной базой. Градиентометр с переменной базой содержит сверхпроводящий квантовый интер ференционный детектор (СКВИД) 1, свер проводящий квантовый интерференционный детектор (СКВИД) 2, усилители 3-5, фазовый детектор 6, элемент 7 фиксации компаратор 8, приемные катушки 9 и 1О первый резистор 11, переменный резистор 12, резисторы 13 - 16, внешние катушки 17-21 индуктивности СКВИДов, интегратор 22, генератор 23 тока. Градиентометр с переменной базой рабегает следующим образом. На приемные катушки 9 и 10 градиен тометра действуют потоки Ф. и Ф. Пилообразный ток питания от генератора 23 тока разветвляется в СКВИДы 1 и 2. Переменный резистор 12 служит ля уравновешивания СКВИДов по критическому току. Резисторы 13-16 создают ассиметрию характеристики (Н) интерферометров и, таким образом, повышают чувствительность устройства за счет выбора рабочей точки на крутом склоне характеристики. При достижении током питания критического значения на интерферометре скачком появляется напряжение, которое поступает на усилитель 4. Выходной импульс усилителя 4 первого канала, соответствующий моменту переключения СКВИДа J , управляет элементом фиксации 7. В компараторе 8 зафиксированное значение критического тока Ip сравнивается с опорным значением ) j. , которое задает положение рабочей точки. На выходе компаратора 8 формируется ток обратной связи |Q(-, который удерживает СКВИД 1 в заданной рабочей точке. При Ф. Ф,2 ток-I ос-1 удерживает в рабочей точке и СКВИД 2. Если Ф Ф Ф, то критический ток СКВИДа 2 больше или меньше критического тока СКВИДа 1 и, следовательно, переключение СКВИДа 2 произойдет позже или раньше переключения СКВИДа 1. Фазовый детектор 6 сформирует импульс, длительность и знак которого зависят от разности Ф Интегрируя этот импульс в интеграторе 22 и управляя полученным уровнем напряжения усилителем 5, на выходе последнего получим ток обратной связи СКВИДа 2, пропорциональный Ф Ф1. Таким образом, регистрируя loc-fi рактеризующего Ф., и IQCT. Рэктеризуюшего Ф 1- производим одновременное измерение магнитного поля и его градиента. Балансировка двух приемных катушек 9 и 10 производится автоматически за счет выбора режима управлякущей электрюники. Предлагаемое устройство имеет широкие функциональные возможности одновременного измерения величины магнитного поля и его градиента; изменения в широких пределах базы и произвольной ориентации приемных катушек; электронной балансировки градиентометра. В предлагаемой конструкции в качестве измерительного принципа использована высокая скорость переключения СКВИДов из сверхпроводящего состояния в нормаль