Рассмотрим наиболее простую конструкцию датчика протонно­прецессионного преобразователя (рис. 3-1), в котором в качестве рабочего вещества использован сжиженный шоляризующийся газ. Это может быть жидкий водород Н' (—252,8° С), метан СН4 (—161,6° С), пропан С3Н8 (—100° С) или другие протоносодержащие вещества. Для этих целей особенно удобен сжиженный изотоп гелия Не3 (—268°С), однако последний весьма дефицитен я дорог.

На рис. 3-1,а изображены следующие элементы криогенного дат­чика [J1. 36]: 1 — внешний дьюар; 2— теплопровод к эталонному ка­мертонному генератору для стабилизации температуры осцилятора;

3— жидкий азот (хладоагент); 4 — соленоид для поляризации сжи­женного водорода; 5 — соленоид для съема сигнала свободной пре­цессии в водороде; 6 — внутренний* дьюар; 7 — жидкий поляризую­щийся газ (Н'); 8 — жидкий водород; 9 — верхняя крышка с дре­нажными отверстиями 10; 11 — малогабаритный камертонный генера - .тср в экране из мягкой стали, используемом для экранирования внутренних источников м. д. с. генератора и снижения уровня помех.

В подобных конструкциях сжиженные газы могут сохраняться достаточно долго (при использовании порошковой теплоизоляции и

специальной технологии изготовления дьюаров до 1—2 месяцев и белее) (Л. 54].

Электрическая схема датчика изображена на рис. 3-1,6 и вклю­чает следующие элементы: 12 — охлажденный в парах азота предва­рительный усилитель; 5 — обмотка соленоида для съема сигнала сво­бодной прецессии; 4 — обмотка соленоида для поляризации сжижен­ного водорода; 13—‘контакты релейной схемы для поочередного включения соленоидов 4 и 5 (реле на схеме не изобра­жены) .

При замыкании контак­та Ki производится поляри­зация рабочего вещества (образца) датчика (контакт /(2 в это время разомкнут).

При смене состояния кон­тактов поле поляризации исчезает и возникает сво­бодная прецессия протонов в поле Но. Сигнал свобод­ной прецессии поступает на вход охлажденного мало - шумящего предусилителя 12, а с его выхода на усили­тель и частотомер.

Если в качестве рабо­чего вещества используется сжиженный гелий Не3, то вместо азота для теплоизо­ляции удобнее использовать обычный гелий Не4, широко леноидах (Л. 54]. Это позволяет уменьшить количество тепла, подво­димого к гелию и увеличивает долговечность датчика.

Вместо гелия Не4 может быть использован также водород. И, наконец, возможно сконструировать датчик, выполненный целиком на жидком водороде, особенно удобном при использовании низкотем­пературных сверхпроводников на основе ниобия, алюминия, германия.

Проведенные расчеты показывают, что при наличии резкого уве­личения отношения сигнал/шум в датчиках разных конструкций луч­шими по своим параметрам являются датчики на жидком водороде.. Датчики на жидком гелии отличаются большой длительностью сиг­налов, так как время релаксации жидкого гелия Не3 достаточно ве­лико. Датчики на жидком водороде наиболее просты по конструкции, но требуют принятия мер безопасности при работе с ними в закрытых помещениях.

С целью выяснения работоспособности протонно-прецессионных датчикоз и элементов аппаратуры при низких температурах было проведено экспериментальное определение эффективности применения жидких газов. Работа на первом этапе проводилась с жидким азо­том, который использовался для глубокого охлаждения обмотки дат­чика и предусилителя, собранного на полупроводниковых триодах. В качестве рабочего вещества использовался предварительно охлаж­денный спирт-ректификат, сосуд с которым помещался в полости катушки-датчика. Определялась величина э. д. с. свободной прецес* сии протонов в земном магнитном поле (рис. 3-2). При эксперимен­тах наблюдался незначительный нагрев охлажденной в азоте обмот­ки из-за потерь при поляризации и теплообмене с окружающей сре­дой во время снятия сигнала прецессии. Результатом эксперимента явилось подтверждение работоспособности охлажденных датчиков и возможности дальнейшего повышения их эффективности при ра­циональном выборе системы охлаждения.

Заметим, что значительное увеличение абсолютной величины сигналов может быть достигнуто в экономичных конструкциях со сверхпроводящими соленоидами для поляризации, от уровня кото­рой зависит амплитуда э. д. с. свободной прецессии.