Сквид постоянного тока (ПТ-сквид)

Поскольку электрический сигнал все-таки мал, практически используемая схема регистрации достаточно сложна, причем хотя прибор и называется сквидом постоянного тока (это сложилось исторически), он обычно работает на частоте около 100 кГц. Блок-схема регистрирующей аппаратуры приведена на рис. 4а. Одновременно с пропусканием постоянного тока смещения, несколько превышающего критический, магнитный поток в кольце сквида модулируется с частотой порядка 100 кГц, что вызывает синхронные колебания напряжения на сквиде. Амплитуда этих колебаний на частоте модуляции зависит от внешнего магнитного поля, т.е. от положения рабочей точки на оси Ф (см. рис. Зв). [c.18]

В одном сосуде Дьюара размещены девять сквид-датчиков (рис. 1.29). Пять из них (на сквидах постоянного тока) предназначены для измерения исследуемого магнитного поля в пяти точках у поверхности головы испытуемого, другие четыре (на высокочастотных сквидах), регистрирующие три ортогональные компоненты внешнего мешающего поля и компоненту его градиента по оси сосуда Дьюара, -для электронного подавления внешней помехи. [c.60]

Сквид постоянного тока (ПТ-сквид) [c.15]

Рйс. 17.14. Сквид постоянного тока [639] [c.403]

Рис. 1.5. Структурные схемы высокочастотного сквид-магнитометра (а) и сквид-магнитометра постоянного тока (б) [39]

Шумы на выходе сквид-датчика по происхождению делятся на три группы собственный шум сквида, шум колебательного контура и шум усилителя. Обычно у высокочастотных -сквид-датчиков преобладают шумы колебательного контура и усилителя, тогда как у сквид-датчиков постоянного тока — собственный шум сквида. [c.23]

Рассмотрим случай, когда магнитный поток создается радиочастотной катушкой, являющейся частью резонансного контура, подпитываемого генератором (см. рис. Лб). В результате амплитуда колебаний в контуре будет зависеть от постоянного поля, в котором находится сквид. Пусть поток через сквид равен нулю, что соответствует началу координат на рис. 6а, или кратен До тех пор, пока поток радиочастотного магнитного поля не доходит до точек перескока Л или А , напряжение на контуре линейно зависит от тока/вч задаваемого внешним генератором (участок О а на рис. 66). Если же амплитуда ВЧ-поля такова, что его поток в определенные моменты времени превышает значение, соответствующее точке А, процесс пойдет по гистерезисной траектории, ограничивающей заштрихованную площадь на рис. 6а, и в контуре возникнут потери, которые необходимо компенсировать. В результате дальнейший рост / вч будет сопровождаться лишь слабым ростом - участок аЬ на рис. 66 когда же потери на гистерезис будут скомпенсированы, опять начнется быстрый рост — участок Ьс. Так будет, лишь покуда амплитуда потока модулирующего поля не достигнет второй точки перескока В. Тогда площадь гистерезиса [c.22]

Принципиальная блок-схема регистрации сигнала ВЧ-сквида очень схожа со схемой для ПТ-сквида (см. рис. Аа и 6). Различие лишь в том, что у ПТ-сквида контур настроен на частоту модуляции и смещение создается постоянным током, а у ВЧ-сквида контур настроен на частоту накачки в мегагерцевом диапазоне. В последнем случае возможно объединение функций генератора высокой частоты и усилителя в одном автогенераторе, где сквид управляет амплитудой автоколебаний Автогенераторный режим успешно применяется, большей частью в работах Васильева с сотрудниками [15], хотя все же наиболее распространена схема с раздельными генера-24 [c.24]

На рис. 17.13 приведены основные типы джозефсоновских контактов, используемых в сквидах. По принципу действия и конструкции сквиды делятся на сквиды постоянного тока (пт-сквиды) (рис. 17.14), [c.403]

Чтобы увеличить динамический диапазон магнитометра, нужно несколько модифицировать цепь обратной связи. Часто предусматривают ряд диапазонов чувствительности, для которых полная шкала выходного индикатора соответствует потоку, равному 1, 10 и 100 Фо. В диапазоне 1Фо чувствительность прибора определяется разрешением, с которым может быть измерен ток в цепи обратной связи. Эта чувствительность обычно превосходит величину 10 Фо. Как правило, в электронную схему прибора вводят устройство, которое производит процедуру установки на нуль тока в цепи обратной связи, когда поток достигает величины, максимальной для данного диапазона чувствительности, например 1, 10 или 100 Фо. В результате на сквид подается полный поток с измерительной катушки, достаточный для того, чтобы индуцировать в кольце ток, больший критического, и вызвать проникновение кванта потока в кольцо при росте потока. На начальном этапе конструирования сквид-магнитометров большое значение придавали стабильности описанной процедуры, и для ее обеспечения схему установки на нуль делали относительно медленной (постоянная времени-порядка нескольких миллисекунд). В настоящее время благодаря [c.163]

Постоянная интегрирования пь (1.7) должна быть целочисленной 0 1 2,. .. Это можно установить, рассмотрев переход к массивному сверхпроводящему кольцу, чго соответствует резкому увеличению критического тока контакта. Задача о нахождении стационарных состояний такого кольца аналогична задаче квантования электронных орбит в атоме водорода. В результате магнитный поток внутри кольца может принимать только дискретные значения, кратные кванту магнитного потока =h 2e = = 2,07 10" Вб. Эта величина употреблена нами в формулировке нестационарного эффекта Джозефсона (1.2) и формуле (1.7). Из последней видно, чго имеется ряд состояний с нулевой разностью фаз на контакте, а значит, без тока через него. Эти состояния различаются числом квантов потока через кольце. В пределах же одного периода по связь между фазой и магнитным потоком однозначна. Явление это получило название макроскопической квантовой интерференции, хотя здесь и трудно провести наглядную параллель, например с более привычной интерференцией волн на поверхности воды. Название это связано с тем, что первые эксперименты с парой джозефсоновских контактов в сверхпроводящем кольце математически хорошо описывались в терминах интерференции волн от двух когерентных источников [9]. Оно и породило термин сквид для измеряющего магнитное поле прибора в виде сверхпроводящего кольца с одним или двумя джозефсоновскими переходами. [c.11]

Так как трансформатор потока — это замкнутая петля из сверхпроводника, магнитный поток в нем остается постоянным. Это означает, что при изменении магнитного поля в районе приемной катушки в петле возникает сверхпроводящий ток, не дающий измениться суммарному потоку. Этот ток, протекая по сигнальной катушке с, наводит в сквиде магнитный поток, который и измеряется. Нас интересует максимальная чувствительность сквида с трансформатором потока к магнитному полю В, [c.28]

Можно предложить способ уменьшения вмороженного поля, который еще не применялся для экранировки, но может оказаться подходящим именно для больших экранов. Он состоит в использовании явления течения магнитного потока под действием тока в сверхпроводнике, которое исследовалось на небольших образцах [112, 113].Если внешнее магнитное поле направлено перпендикулярно тонкому слою сверхпроводника первого рода, например свинца, то оно вмораживается следующим образом магнитный поток концентрируется в небольших областях (как показано на рис. 18), где магнитное поле достигает критического и сверхпроводимость нарушается. Сверхпроводящий слой становится как бы изрешечен множеством нормальных областей, каждую из которых пронизывает поток порядка 100 0. Эти области обладают определенной подвижностью, и в силу этого даже замкнутый экран из сверхпроводника, но с вмороженным полем, не дает совершенной экранировки. Изменение внешнего поля немного перераспределяет поле, захваченное внутри экрана, так как при этом нормальные области передвигаются по экрану. Этот эффект вполне заметен, если перемещать постоянный магнит вне тонкостенного свинцового экрана, окружающего сквид-магнитометр. [c.74]

В каждом из пяти сигнальных каналов используется сквид постоянного тока типа DYNABIAS SQUIDTM. Несмотря на близость измерительных катушек между собой, взаимное влияние каналов согласно расчетам не превышает 0,2 % [c.61]

Рассмотрим такое применение джозефсоновских контактов на примере разработанного Кларком ( larke, 1974) сквида постоянного тока (ПТ-сквида). Устройство состоит из двух одинаковых контактов, включенных в сверхпроводящее кольцо так, как это схематически показано на рис. 4.3. Через прибор пропускается постоянный ток смещения I. В отсутствие внешнего магнитного поля этот ток равен просто удвоенному току, текущему через каждый из контактов. Когда перпендикулярно плоскости кольца приложено поле, то его векторный потенциал направлен вдоль тока в половине кольца, содержащего один из контактов, и навстречу току в другой его половине. В результате эти два тока интерферируют в точке Р с разностью фаз, зависящей от величины поля, так что максимумы полного тока достигаются, когда поток внешнего [c.152]

Сквид постоянного тока, обычно именуемый ПТ-сквидом (английское D SQUID), представляет собой сверхпроводящее кольцо, содержащее два джозефсоновских контакта. [c.15]

Имеется и другой подход к задаче улучшения связи между тонкопленочным сквидом и трансформаторам потока. Сквид, изготовленный на стандартной кремниевой подложке, комбинируется с объемной деталью из сверхпроводника, которая, будучи прижата к напыленным элементам сквида и образуя с ними сверхпроводящий контакт, становится частью петли сквида. Получающийся так называемый гибридный сквид обладает хо рошими эксплуатационными характеристиками и надежностью, позволяющими производить такие сквиды на рынок [12]. По сути дела это естественное развитие ранних тороидальных сквидов, в которых точечный контакт заменен на более надежный и воспроизводимый тонкопленочный джозефсоновский контакт, изготовленный по микроэлектронной технологии. Используя два джозефсоновских контакта, можно изготовить гибридный сквид постоянного тока [45] (как уже отмечалось, это трудно сделать на точечных контактах). В результате все преимущества плоского ПТ-сквида удается совместить с тороидальной структурой приемной петли. Это позволяет использовать обычную проволочную сигнальную катушку трансформатора потока. Гибридный сквид представляет собой промежуточный этап в переходе от массивных сквидов с точечным контактом и проволочным трансформатором потока к сквид-приборам, полностью изготовленным технологией напыления. [c.34]

В лаборатории Катилынабазе низкошумящего ПТ-сквида [12] изготовлен градиометр, имеющий уровень шума 5 фТл/ /Гц при площади приемной петли И см" [332]. Сквид постоянного тока поставлен в градиометр второго порядка в Иене (ГДР). Имея диаметр петель 26 мм, он обеспечивает порог чувствительности 70 фТл/ vTlT [93]. [c.63]

Как и ферромагнитноэкранированная комната, комната из алюминия должна быть обеспечена антивибрационной защитой. На это есть две причины. Во-первых, эта комната не экранирует от постоянного земного магнитного поля, поэтому необходимо избежать колебаний измерительного магнитометра относительно этого сильного поля. Во-вторых, если стены комнаты колеблются в земном поле, в них из-за хорошей электропроводности материала наводятся заметные переменные токи, порождающие шумовые магнитные поля. Удар средней силы по стене вызывает магнитные помехи на частотах механического резонанса комнаты с амплитудой до 20 пТл, убывающие в течение нескольких секунд. Даже громкая речь вызывает детектируемые сквидом сигналы [17]. [c.77]

Основными частями сквид-магнитометра являются измерительная катушка (или система катушек), сквид-датчик и электронная схема управления (рис. 1.3). Главный элемент сквид-датчика - это сверх-проводниковый квантовый интерферометр, или сквид, чувствительный к магнитному потоку. Сквид представляет собой кольцеобразную структуру из сверхпроводящего материала (например, из ниобия) с одним или двумя так называемыми слабыми звеньями, или слабыми связями (джозефсоновскими контактами),. Кольцо с одним контактом возбужается высокочастотным сигналом, поэтому соответствующий датчик называется высокочастотным сквид-датчиком. Кольцо с двумя контактами возбуждается постоянным током, и соответствующий датчик называется сквид-датчиком постоянного тока. Известны различные топологические модификации сквидов, причем физические свойства слабой связи могут различаться в зависимости от технологии ее изготовления. Наиболее известны слабые связи типа точечного контакта, туннельного перехода и мостика. На рис. 1.4 показаны некоторые практические конструкции сквидов. На высокочастотном сквиде непосредственно устанавливают сверхпроводящую входную катушку и высокочастотную катушку колебательного контура управляющей электронной схемы. Применяются и более сложные конструкции сквидов, в том числе многопетлевые, с катушками различных форм и тд. [c.19]

В сквид-магнитометре постоянного тока (рис. 1.5, б) кольцо сквида имеет два джозефсоновских контакта с одинаковь1ми характеристиками, причем на кольцо подается постоянный ток, протекающий параллельно через оба слабых звена. В этом случае изменения входного магнитного потока через кольцо при определенном уровне постоянного тока, индуктивности кольца и определенных параметрах джозеф- [c.21]

Теоретические и экспериментальные исследования последних лет показывают, что сквид-датчики постоянного тока обеспечивают более высокую чувствительность по сравнению с высокочастотными сквид-датчиками, особенно в области сравнительно высоких частот. Кроме того, сквид-датчики постоянного тока проще и удобнее в эксплуатации, так как для них требуются менее сложные управляющие электронные устройства. Вместе с тем они довольно сложны в изготовлении, однако эта трудность преодолевается благодаря развитию технологии тонких пленок. В настоящее время в области биомагнитометрии часто используются высокочастотные сквид-датчики более перспективными являются сквид-датчикй постоянного тока. [c.23]

Разработчики фирмы SHE сумели в 10 раз понизить спектральную плотность 1//-шума для своего ПТ-сквида, применив вместо постоянного тока смещения ток, меняющий полярность с частотой 500 кГц. Этот прибор получил название Dynabias d SQUID [12], 1//-шум проявляется в нем при частотах ниже 0,1 Гц. [c.37]

Еще одним достоинством магнитографии является возможность приема постоянных и медленно меняющихся сигналов. Некоторые виды поражения органов вызьюают постоянные токи повреждения в организме. Электрографически их обнаружить трудно из-за маскирующих электрических потенциалов кожи, возникающих в месте контакта с электродами. В то же,время сквид-магнитометр может надежно измерять магнитное поле токов повреждения. В экспериментах по искусственной закупорке коронарной артерии собаки бьша зарегистрирована постоянная составляющая [c.101]

Многочисленные попытки обнаружить магнитный монополь не дали результата. Имея в виду саму природу монополя, представлялось естественным пытаться обнаружить его магнитными методами, в частности сквид-магнитометрами. Возобновление интереса к поискам магнитного монополя связано с предположениями А.Полякова (СССР) и Ж.т Хуфта (Голландия) о существовании так называемого сверхтяжелого монополя , обладающего массой 2-10 г, т.е. на много порядков большей, чем у обычных элементарных частиц, но имеющего такой же магнитный заряд, как и "монополь Дирака . Сверхтяжелый монополь слабо взаимодействует с веществом и может пролететь даже сквозь земной шар. Однако если магнитный монополь пролетит сквозь сверхпроводящее кольцо, в последнем наведется постоянный ток, соответствующий изменению магнитного потока в кольце на два кванта потока 2 po Это изменение может быть надежно зафиксировано сквидом. Такой эксперимент был проведен Б. Кабрерой (Стенфордский университет, США) [111], Постановка его сравнительно проста. Сквид-магнитометр с катушкой в четыре витка довольно большого размера (5 см в диаметре) помещался в сверхпроводящий экран с ничтожным остаточным полем (см. 3.2) для исключения любых магнитных помех. Прибор работал непрерывно в режиме ожидания пролета монополя, который должен изменить поток на восемь квантов потока (2<ро X 4 витка). Такое событие бьшо обнаружено после полу го да наблюдений. [c.180]

Вид ступенчатой характеристики зависит от индукции постоянного магнитного поля, приложенного к сквиду. Если его поток равен полуцелому числу квантов (п + Уг) о, то потери в резонансном контуре начинают возникать при меньшем, чем для целого числа квантов, токе накачки (штриховая линия на рис. 66). Это происходит потому, что из-за сдвига нулевой точки на Ро12 при возрастании тока потери определяются обходом сначала только одного контура гистерезиса, а не двух, как на рис. 6а, Благодаря этому при определенных значениях тока накачки (например, обозначенных цифрами в кружках 5 и на рис. 66) высокочастотное напряжение на контуре, связанном со сквидом, периодически зависит от магнитного потока в кольце сквида (рис, 6в). Это аналогично соответствующей зависимости для ПТ-сквида (см. рис. Зв), причем период <ро одинаков для сквидов обоих типов. Пилообразную зависимость, изображенную на рис. 6в, называют сигнальной характеристикой ВЧ-сквида. [c.23]

Задача магнитной защиты объема, где работает сквид-магнитометр, может быть разделена на две части. Во-первых, это компенсащ1я постоянной составляющей земного магнитного поля, призванная устранить вибра-щюнные шумы магнитометра или влияние этого поля на объект измерения, а во-вторых, компенсация относительно быстрых колебаний поля Земли и других внешних полей. Первая часть требует довольно мощных и высокостабильных источников тока, вторая — источников слабых токов, управляемых датчиками магнитного поля. Катушки, питаемые теми и другими источниками тока, должны обеспечивать свободный доступ к рабочему пространству. Наиболее известны удовлетворяюпдие этому условию катушки Гельмгольца, представляющие собой два одинаковых соосных круговых витка с током (или катушки с длиной и высотой намотки, много меньшими радиуса), раздвинутые на расстояние, равное радиусу. Область однородности находится в центре между ними. Для компенсации по трем пространственным координатам нужны три таких пары катушек со взаимно перпендикулярными осями. [c.79]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология