RU2005309C1 - Пороговый датчик магнитного пол - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к магнитометрии , а именно к датчикам магнитного пол , в частности к пороговым датчикам, выдающим сигнал на равенстве величины магнитного пол  наперед заданному значению,  вл ющемус  конструктивным признаком датчика.

Известны датчики магнитного пол , использующие зависимость тока сверх- провод щего контакта Джозефсона от напр женности внешнего магнитного пол  1. Такие датчики содержат два сверхпроводника , разделенных изол тором и снабженных электрическими выводами, соединенными с источником тока и измерителем тока. При изменении внешнего магнитного пол  измен етс  величина тока , протекающего через контакт Джозефсона . Измерив величину тока, можно определить величину магнитного пол . Недостатком такого устройства  вл етс  ограниченный динамический диапазон измер емой величины, что обусловлено падением выходного сигнала такого устройства с увеличением магнитного пол .

Известен также датчик магнитного пол , в котором обеспечено расширение динамического диапазона измер емых магнитных полей за счет наложени  на контакт Джозефсона дополнительного периодического в пространстве магнитного пол  2. Этот датчик содержит контакт Джозефсона , последовательно с которым соеди- нены измеритель посто нного тока, источник посто нного тока и регул тор тока, выполненный в виде переменного резистора , а также дополнительное устройство дл  создани  переменного в пространстве магнитного пол , содержащее второй измеритель посто нного тока, второй источник посто  иного тока, второй переменный резистор и контакты, а также диэлектрический немагнитный элемент с расположенным на его поверхности расход щимс  пучком проводников , включенных параллельно и присоединенных к контактам, последовательно соединенным с измерителем посто нного тока, источником посто нного тока и переменным резистором. Такой датчик позвол ет определить величину магнитных полей в широком динамическом диапазоне. По технической сущности это устройство наиболее близко к предлагаемому изобретению и выбрано за прототип.

Недостатком прототипа следует считать сложность его конструкции за счет устройства дл  формировани  периодического в пространстве магнитного пол .

0

Целью изобретени   вл етс  упрощение конструкции датчика магнитного пол .

Цель достигаетс  за счет того, что в известном устройстве, содержащем контакт Джозефсона, выполненный в виде двух параллельных слоев сверхпроводника, снабженных электрическими выводами, и расположенного между ними разделительного сло , а также измеритель посто нного тока, источник посто нного тока и регул тор тока, последовательно соединенные с электрическими выводами, разделительный слой выполнен с периодической вариацией

5 толщины вдоль одной из пространственных координат, параллельных этому разделительному слою, при этом период указанной вариации есть функци  порогового значени  магнитного пол  срабатывани  датчика.

0 Сравнение за вл емого технического решени  с прототипом позволило установить его соответствие критерию новизна. При изучении других известных технических решений в данной области техники

5 признаки, отличающие за вл емое изобретение от прототипа и обеспечивающие достижение положительного эффекта, а именно упрощение конструкции, не были вы влены, и потому они обеспечивают за в0 л емому техническому решению соответствие критерию существенные отличи .

Пример реализации предложенного порогового датчика магнитного пол  схематично изображен на чертеже.

5 Пороговый датчик магнитного пол  состоит из подложки 1, на которую последовательно нанесены, например, напылением, первый слой 2 сверхпроводника, разделительный слой 3 изол тора и второй слой 4

0 сверхпроводника, Толщина разделительного сло  3 периодически измен етс  вдоль координаты X в плоскости этого сло  3, что достигаетс , например, применением соответствующей штриховой маски при напыле5 нии изол тора. Слои 2,3,4 образуют контакт Джозефсоиа. Период Л пространственного изменени  толщины разделительного сло  рассчитан заранее как функци  порогового значени  магнитного пол , при котором сра0 батывает датчик. Посредством электрических выводов 5 датчик включен в электрическую цепь, содержащую источник 6 посто нного тока, регул тор 7 и измеритель 8 тока.

5 Предложенное устройство работает следующим образом. Предварительно ориентируют контакт Джозефсона относительно контролируемого магнитного пол  Н таким образом, чтобы вектор пол  Н был компланарен подложке 1 и перпендикул рен направлению толщины разделительного сло  3. Устанавливают рабочую температуру контакта Джозефсона ниже известной критической температуры туннельного эффекта . Затем пропускают через контакт Джозефсона посто нный ток от источника 6, устанавлива  регул тором 7 величину тока меньшей, чем известный критический ток датчика. При равенстве величины внешнего пол  Н расчетному пороговому значению контакт Джозефсона находитс  в сверхпро- вод щем состо нии, при отличии - в рези- стивном состо нии, при этом ток в цепи имеет различные значени . Измер ют прибором 8 величину тока в цепи и по измене- нию этого тока суд т о срабатывании порогового датчика магнитного пол , то есть о достижении внешним полем заданного порогового значени .

Техническа  сущность изобретени  за- . ключаетс  в периодическом воздействии на структуру токовых вихрей в контакте Джозефсона . Как известно 1, в контакте Джозефсона , помещенном в магнитное поле Н, если зазор d между сверхпроводниками не измен етс  в пространстве, плотность тока j(x) периодически измен етс  вдоль координаты X, перпендикул рной в плоскости контакта вектору магнитного пол , что описываетс  системой уравнений:

j(x) jcSin уз(х)

Mx);2ed.H ах Tic0 M

(1)

где jc - параметр:

е - зар д электрона.

t - посто нна  Планка;

С - скорость света;

$х) - вспомогательна  функци , описывающа  слабую св зь между сверхпроводниками .

В за вл емом техническом решении предлагаетс  периодически измен ть тол- щину d зазора между сверхпроводниками:

d d0+dicos р (2)

где Л - период, заданный при изготовлении контакта Джозефсона;

do, do+di - минимальна  и максимальна  толщины зазора соответственно.

В этом случае выражение дл  плотности тока J(x) имеет вид:

( - iV1 ( Adl jn

( 1) Ып

) ,(3)

he где Ло - ФУНК1 ИЯ Бессел :

( - параметр,

В случае di 0, п 0 получаетс  известный из литературы результат J(x)

jcsln . описывающий структуру токовых вихрей в контакте Джозефсона без вариации толщины разделительного сло .

Полный ток через контакт Джозефсона равен интегралу от (3) по X. Если все слагаемые в (3)  вл ютс  осциллирующими, то полный ток при достаточно больших Н быстро падает, что наблюдаетс  в известных джозефсоновских датчиках магнитного пол  с посто нным d.

В предложенном датчике при выполнении услови :

Л пЛо п -ggj ц , где п - целое, (4)

соответствующий член р да (3) становитс  неосциллирующим и, будучи проинтегрированным по длине L разделительного сло , дает всплеск тока сверхпроводимости, амплитуда которого, то есть критический ток контакта, приближенно равна

35

1кРит. jcLln (Л-di

(5)

40

45

50

55

Таким образом, датчик магнитного , рассчитанный на порог срабатывани  Н Н и изготовленный с периодом Лт Ai варь1аци)1 толщины разделительного сло , где Лт и Н св заны соотношением (4), находитс  в не- сверхпровод щем, резистивном состо нии (критический ток сверхпроводимости мал) при магнитных пол х Н Н а при выполнении услови  Н И, то есть при достижении полем Н заданного значени  Н, дает всплеск тока сверхпроводимости, который может быть зарегистрирован измерительным прибором.

В прототипе также осуществл етс  периодическое воздействие на контакт Джозефсона путем дополнительного наложени  на него нар ду с посто нным магнитным полем периодического магнитного пол  с известным периодом. За вл емое техническое решение выгодно отличаетс  от прототипа более простой конструкцией, так как в нем отсутствует

72005309 8

сложна  система формировани  периодиче-(56) 1. Кулик И. О. и Янсон И, К. Эффект

ской компоненты магнитного пол .Джозефсона в сверхпровод щих туннельТаким образом достигаетс  цель изо-ных структурах. М., 1970.

бретени  - упрощение конструкции пороге-2. Авторское свидетельство СССР

вого датчика магнитного пол .5 № 1365922. кл. Н 01 L 39/22, 1986.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   выводами, отличающийс  тем, что, с целью ПОРОГОВЫЙ ДАТЧИК МАГНИТНОГО Q упрощени  конструкции порогового датчи- ПОЛЯ, содержащий контакт Джозефсона, |и ка, разделительный слой выполнен с пери- выполненный в виде двух параллельных одической вариацией толщины вдоль слоев сверхпроводника, снабженных элек- одной из пространственных координат па- трическими выводами, и расположенного раллельных этому разделительному слою между ними разделительного сло , а также 15 при этом период указанной вариации есть измеритель посто нного тока, источник по- функци  порогового значени  магнитного сто нного тока и регул тор тока, последо- пол  срабатывани  датчика, вательно соединенные с электрическими