Высокочастотный сквид (ВЧ-сквид)

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]

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]

В магнитометрах, применяющихся в биологии и геофизике, до сих пор использовались в основном не ПТ-сквиды, которые могут обеспечить более высокую чувствительность, а высокочастотные сквиды (ВЧ-сквиды). Состояние сверхпроводящего кольца в таких приборах определяют методами радиочастотной электроники. Сверхпроводящее кольцо ВЧ-сквида включает один джозефсоновский контакт (или так называемое слабое звено), через который может идти сверхпроводящий ток. Размеры контакта, переходящего в определенные моменты работы сквида в нормальное состояние, для достижения необходимых характеристик устройства должны быть достаточно малы по сравнению с размерами кольца. [c.153]

Конструкции высокочастотных сквидов [c.157]

Рис. 4.7. Блок-схема электронной системы регистрации сигналов высокочастотного сквида. Часть системы, очерченная пунктиром, находится при температуре жидкого гелия.

Высокочастотный сквид (ВЧ-сквид) [c.21]

Электронная управляющая схема сквид-магнитометра представлена на рис. 1.25, При измерении магнитного поля исследуемого объекта прибор работает с замкнутой отрицательной обратной связью, причем ток обратной связи создает в катушке сквида магнитное поле, равное по абсолютной величине и противоположное по знаку измеряемому полю. Выходное напряжение прибора получается за счет тока обратной связи. Рабочий режим сквида устанавливается посредством задания требуемых уровней высокочастотного сигнала накачки (возбуждения) с частотой 30 МГц, модуляционного сигнала, изменяющегося по прямоугольному закону, с частотой 50 кГц и тока обратной связи. Катушка накачки вместе с емкостями коаксиального кабеля К, конденсаторов С1 и Сг и настроечного диода УВ образует высокочастотный резонансный контур. Под воздействием сквида в этом контуре возникает реак- [c.53]

Конструктивно прибор состоит из зонда, в котором размещен сквид-датчик, работающий при температуре жидкого гелия (4,2 К), высокочастотного блока и блока управления. Последние связаны многожильным кабелем длиной 5 м, что позволяет удалить от чувствительных входных частей прибора другую аппаратуру, обслуживающий персонал и прочие источники помех. [c.57]

При правильно выбранной амплитуде поля накачки ток в сквиде превосходит критическое значение дважды в течение каждого периода, приводя к проникновению магнитного потока в кольцо сквида, что в свою очередь индуцирует соответствующую ЭДС в высокочастотной катушке. Детали процесса проникновения потока в кольцо сквида [c.160]

Таким образом, регистрируя амплитуду высокочастотного напряжения на контуре, связанном со сквидом, можно измерять магнитный поток в кольце датчика. При реализации такой схемы измерений [c.161]

Другим важным фактором, обеспечивающим надежную работу сквид-системы, является правильное экранирование от высокочастотных помех. Для этого обычно между приемной катушкой и сквидом помещают специальный трансформатор и/или устанавливают высокочастотный металлический экран, закрывающий всю приемную часть при- [c.174]

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 высокочастотном сквид-магнитометре (рис. 1.5, а) кольцо сквида индуктивно связано с высокочастотным колебательным контуром, который накачивается при помощи внешнего генератора с частотой от нескольких десятков до нескольких сотен мегагерц, равной собственной частоте контура. Влияние на этот колебательный контур квантовых электродинамических процессов, происходящих в сквиде, можно рассматривать феноменологически как изменение полного сопротивления контура. При изменении входного магнитного потока (создаваемого током входной атушки) полное сопротивление и, следовательно, выходное напряжение контура испытывают изменения, периодические по потоку с периодом, равным кванту магнитного потока Фо = 2,07 х Вб. Управляющая электронная схема, содержащая обратные связи, обеспечивает усиление и детектирование высокочастотного сигнала, линеаризацию выходного напряжения по отношению к входному магнитному потоку, а также поддержание оптимального режима работы сквида и колебательного контура. При этом сквид фактически служит нуль-индикатором, а сквид-датчик в целом работает как высококачественный параметрический усилитель, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному потоку. [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]

Прибор работает на основе временного мультиплексирования трех каналов, причем для управления высокочастотными сквид-датчиками и схемами фиксации магнитного потока используется цифровая управляющая система, показанная на рис. 1.28. Сквид-датчики контролируются поочередно при помощи высокочастотных коммутаторов в блоке предусилителя, тогда как ток обратной связи поддерживается непрерывным во всех каналах. Таким образом, для всех каналов может использоваться одна и та же высокая частота, общие высокочастотный усилитель и детектор. Обработка сигналов, поступающих с выхода датчиков, и регулировка тока обратной связи осуществляются цифровым методом при помощи быстродействующего цифрового процессора ТМ832010. Устройство поочередно, синхронно с переключением высокочастотного коммутатора воспринимает состояние каждого сквид-датчика, преобразует его в цифровую форму, и полученные данные считываются процессором. Затем вычисляются нужные значения сигналов обратной связи и записываются в устройстве фиксации цифро-аналогового преобразователя соответствующего канала. Состояние этого преобразо- [c.58]

Непосредственно над сигнальными измерительными катушками расположена система из четырех измерительных катушек опорных каналов, которые служат первичными элементами для трансформаторов магнитного потока, подключенных к высокочастотным сквидам типа HYBRID SQUID M. Хри из этих катушек, имеющие структуру простого магнитометра, ориентированы взаимно ортогонально и воспринимают осевую и две трансверсальные компоненты внешнего магнитного поля. Четвертая катушка имеет структуру градиометра первого порядка и ориентирована в осевом направлении (она воспринимает осевой гра диент внешнего поля). [c.61]

Высокочастотный сквид состоит из сверхпроводящего кольца или петли с индуктивностью L, которое прервано контактом Джозефсона, называемым иначе слабым звеном . В ранних экспериментальных работах слабое звено получали различными способами нанося каплю припоя на кусочек проволоки, делая пропилы специальной формы в цилиндрической пленке и т.д. Основными факторами, определяющими качество сквида, являются его индуктивность, возможность эффективной и контролируемой связи с внешним магнитным потоком, стабильность характеристик. Эти факторы зависят от геометрии датчика. Мы опишем две конструкции датчика-мостик Дайема (ВауЬет) и точечный контакт, которые чаще всего использовались в магнитометрах, обсуждающихся в данной главе. Обе эти конструкции не являются контактами Джозефсона в строгом смысле, однако сквиды и с этими типами переходов имеют на выходе сигнал, который является периодической функцией внешнего магнитного поля В. [c.157]

В магнитометре используется сквид в форме сверхпроводящего кольца двухдырочного типа, показанный схематически на рис. 1.25, а. В массивном блоке из сверхпроводящего металла цилиндрической формы, срезанном с двух сторон по плоскостям, имеются два симметричных цилиндрических отверстия с осями, параллельными оси блока. В одном из отверстий помещается входная катушка сквида /.вх> которой подсоединяется измерительная катушка (простая или с градиометрической структурой), в другом отверстии - высокочастотная катушка (катушка накачки, или просто катушка сквида) вч- стенке между цилиндрическими отверстиями имеется прорезь. На одной стороне прорези установлен ниобиевый винт со специально обработанным за-остроенным концом, имеющим радиус закругления 1 мкм, который упирается в шайбу, установленную на противоположной стороне, образуя точечный контакт. При биомагнитных измерениях совместно со сквид-датчиком применяется симметричный градиометр второго порядка с диаметром катушек 2,7 и базой 4,5 см (общая длина градиометра 9 см). [c.53]

Блок-схема типичной электронной системы, обычно используемой в ВЧ-сквидах, показана на рис. 4.7 (см. также Рог ас8, Уагп1ск, 1967). Датчик возбуждается синусоидальным высокочастотным полем, имеющим амплитуду, достаточную для достижения критического тока. Частота этого поля (называемого часто полем накачки) обычно лежит в диапазоне 20-30 МГц. Поле накачки создают с помощью катушки, помещаемой в полость сквида (рис. 4.6). [c.160]

Дьюары для сквид-систем должны быть достаточно прочными и в то же время легкими кроме того, к ним предъявляются строгие требования с точки зрения минимального и правильного использования магнитных и металлических деталей. Эти требования становятся еще более критичными, когда дело касается конструкций, находящихся вблизи приемных катущек магнитометра. В криогенных системах сквидов чаще всего используют неметаллические композиционные материалы из стеклянной, кварцевой или кевларовой ткани, пропитанной эпоксидной смолой. Но поскольку стеклопластик (композиционный материал из стеклоткани и эпоксидной смолы) парамагнитен, его не следует применять для изготовления каркасов измерительных катушек и сосудов для гелия. Иногда наружную оболочку дьюара и внутренний сосуд изготавливают, наматывая на болванку нить из стекла или синтетического волокна с одновременной пропиткой эпоксидной смолой. Более удобен и общепринят метод склейки дьюаров из стеклопластиковых пластин и труб с помощью эпоксидной смолы. Металлические детали делают из алюминиевых сплавов (6061), нержавеющей стали (321) и сплавов меди с никелем, бериллием или кремнием. Из этих материалов нержавеющая сталь обладает наименьшей теплопроводностью, но наибольшей остаточной намагниченностью. Поскольку эта сталь обладает также способностью сильно намагничиваться при сварке и пайке серебром, не рекомендуется помещать детали из нее в чувствительной зоне магнитометра вблизи сквида. Нержавеющую сталь часто используют для изготовления горловины дьюара, поскольку при этом существенно уменьшается поступление тепла и снимается проблема диффузии гелия в вакуумное пространство дьюара. Сплавы кремний - медь применяют при конструировании высокочастотных экранов и изготовлении сосудов для гелия там, где можно использовать зависимость электропроводности этих сплавов от состава. [c.174]

Тем не менее существует метод регистрации квантовой интерференции в кольце, замкнутом лишь одним контактом. При этом рабочий ток заводится в сквид на высокой частоте - через катушку, индуктивно связанную со сквидом (рис. 46). Поэтому сквид с одним джозефсоновским контактом получил название высокочастотного, или ВЧ-сквида (английское RFS0U1D). [c.21]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология