Основные источники нестабильности квантовых преобразовате­лей рассмотрены в § 1-4. Для ее уменьшения целесообразно исполь­зовать описанные ниже приемы, большинство из которых исполь­зуется в магнитометрии. Наиболее общий из них заключается в ис­пользовании режима синхронизации квантовых датчиков перед на­чалом работы преобразователя (Л. 33].

Возникающий в цепи синхронизации ток подается на вход ин­тегрирующего элемента и изменяет, например, емкость конденсатора путем изменения расстояния между пластинами за счет пе-. реносимого в процессе электро­лиза серебра. В качестве инте­грирующего элемента можно использовать также термистор с большой постоянной време­ни. Указанные элементы долж­ны быть использованы в уси­лителе контура обратной связи для корректировки фазового сдвига. Тогда по мере измене­ния параметров интегрирующе­го элемента ток в цепи синхро­низации будет приближаться

к нулевому значению. При этом частоты квантовых датчи­ков сближаются до требуемого уровня, так как изменение фа­зового сдвига в цепи обратной

связи 'позволяет в небольших пределах изменить частоту генера­тора.

В компенсированном преобразователе с эталонным кварцевым или камертонным генератором, корректируемом феррозондовым из­мерителем (см. § 2-3), можно использовать прецизионный электро­искровой способ подстройки частоты эталонного генератора [Л. 11, 27].

Этот способ заключается в том, что для сближения начальных

уровней частот включается устройство для подстройки частоты

резонатора (рис. 4-5). Здесь показан кварцевый резонатор 3 с за­щитным серебряным покрытием и держателями 2, разрядники в зо­не резонатора 1, усилитель генератора 4, система контроля частоты 8, источник высокого напряжения 6, коммутатор знака э. д. с. 5 и ограничительные резисторы 7.

После установления факта несоответствия частоты осциллятора частоте квантового датчика по сигналу блока 8 включается высо­ковольтный источник напряжения. Полярность источника устанавли­вается в соответствии с сигналом на втором выходе системы авто­матического контроля частоты, определяющей также знак отклоне­ния частоты от номинального значения. При одном знаке ухода ча­стоты (например, отрицательном) полярность источника такова, что в процессе искровой отработки с обкладок кварцевой пластины сни­маются элементарные частицы металла, эквивалентная масса пла­стины уменьшается и частота достигает номинального значения. Для обеспечения равномерности? при съеме или нанесении частиц металла электроискровые разрядники могут быть приведены в про­цессе подстройки в движение.

После окончания подстройки частоты по сигналу «норма» с вы* хода системы контроля частоты процесс подстройки заканчивается выключением источника высокого напряжения. Время подстройки частоты и подстройка могут регулироваться плавно путем измене­ния напряжения источника питания.

Для компенсации сдвига частоты квантового датчика, связан­ного с нестабильностью высокочастотного магнитного поля, целесо­образно использовать устройство для стабилизации тока в соле­ноиде обратной связи [Л. 28]. Для этой цели необходимо последо­вательно с соленоидом контура обратной связи (см. § 1-4) включать нелинейный элемент системы стабилизации. В качестве послед-

него можно использовать, например, миниатюрный дроссель с насы­щающимся сердечником, изменение индуктивности которого влияет в большей степени на уровень тока в цепи обратной связи, чем на фазовый сдвиг. На рис. 4-6 показаны результаты расчета величины напряжения на зажимах соленоида в зависимости от проводимости нагрузки усилителя при постоянной индуктивности дросселя. Закон изменения напряжения носит резонансный характер. Это позволяет, выбрав рабочую точку на правой части кривых, получить при изме­нении проводимости нагрузки эффект стабилизации. Для стабили­зации тока о. с. индуктивность дросселя должна зависеть от про­водимости нагрузки так, как это показано на рис. 4-7, а От тока обратной связи так, как это изображено на рис. 4-8. Эксперимен­тальная проверка рассматриваемого способа подтвердила его по­лезность.

Для иллюстрации на рис. 4-9 показан характер сигналов в цепи обратной связи при изменении в широких пределах проводимости нагрузки. Здесь приведены значения коэффициентов нелинейного ис­кажения сигналов в цепи обратной связи при стабилизированном уровне сигнала на зажимах соленоида обратной связи.

При весьма малых допустимых отклонениях частоты в указан­ной системе целесообразно использовать режим синхронизации ча­стоты кварцевого резонатора и эталона.

В режиме синхронизации частоты основные функции выполняет фазовый детектор с двумя входами, возбуждаемыми сигналами с выходов квантовых датчиков. Фазовый детектор включает два одинаковых канала усиления с трансформаторными выходами и соб-

ственно детектор. В каждом из каналов используется по два-три усилительных каскада на транзисторах с предельной частотой 1 мгц.

На рис. 4-10 показан внешний вид блока фазового детектора, в котором совмещено устройство для регулировки коэффициента усиления по току (Пределы) и схема для подстройки модулей век­торов магнитного поля в зоне датчиков, состоящая из стабилиза­тора напряжения и прецизионного ступенчатого делителя (Компен­сация).

Весьма важная задача состоит в стабилизации интенсивности излучения спектральной лампы и температурного режима квантово­го датчика. В отдельных конструкциях она решается совместно пу­тем регулирования светового потока по уровню температуры в зоне спектральной лампы (Л. 48]. В ряде случаев световой поток и тем­пература стабилизируются отдельно [Л. 24]. В качестве чувствитель­ных элементов систем стабилизации интенсивности излучения обыч­

но используются кремниевые солнечные элементы, а исполнительным элементом' является высокочастотный генератор с частотой от 80 до 100—120 Мгц (источник возбуждения спектральной лампы). При изменении интенсивности светового потока меняется напряжение питания этого генератора, в результате чего достигается стабилиза­ция режима работы.

Температура в зоне камеры поглощения и колец Гельмгольца поддерживается с помощью терморегулятора, включающего чувстви­тельный элемент на основе платины, усилитель сигнала рассогласо

вания и нагревательный элемент. Допустимая точность стабилиза­ции температуры зависит от требуемой точности измерения и боль­шей частью составляет ±(0,5—1)°С. Мощность, потребляемая системой термостатирования, составляет 15—20 вт.

Термостатирование осуществляется либо на постоянном токе, либо на переменном высокой частоты, на которую квантовый дат­чик практически не реагирует из-за проявления инерционности у спиновых моментов. При использовании более простой схемы тер­мостатирования на постоянном токе преобразование осуществляется в паузах работы термостата.

В связи с тем что демпфирование поля высокой частоты за­висит также от конструкции корпуса датчика, рабочую частоту си­стемы термостатирования целесообразно уточнять эксперименталь­ным путем.

На рис. 4-11 показан пример определения частотных сдвигов квантового датчика в поле с изменяющейся в значительных преде­лах частотой пульсаций, наложенных на некоторый средний уровень поля. Нулевая линия магнитограммы соответствует невозмущенному режиму работы. При включении термостата, питаемого переменным током, у квантового датчика появляется отклонение частоты, фикси­руемое на магнитограмме по уровню тока в цепи синхронизации двух датчиков дифференциальной схемы, один из которых оеґаетсй невозмущенным. Масштаб записи равен 0,1 гамм/см. Из анализа приведенных данных следует, что дифференциальный вреобразова - тель при термостатировании на переменном токе должен иметь ра­бочую частоту не ниже 3 кгц, чтобы помехи не приводили к уходу частоты, превышающему уровень чувствительности системы, т. е. ве­личину порядка 0,05 гамм.

Температурный режим цезиевой лампы от +110 до ±5° С обес­печивается за счет высокочастотной мощности, подводимой к нагру­жу L

зочному контуру и расходуемой в большей мере на нагревание стеклянной колбы спектральной лампы и окружающей среды. Уро­вень высокочастотной мощности составляет примерно 1,5 вт, так что при установке датчика в простейшем термостате (пенал из пено­пласта) обеспечивается нормальная работа спектральной лампы при понижении температуры примерно до +5° С без принудительного подогрева. Оптимальная температура для цезиевой камеры погло­щения составляет +22° С. При изменении температуры на +7° С амплитуда сигнала уменьшается вдвое. С целью расширения ниж­ней границы температурного диапазона в схему введена система терморегулирования режима датчика, обеспечивающая нормальную работу датчика при изменении температуры окружающей среды от —20 до +30° С. Нагреватели системы размещены непосредственно в термостате и выполнены из высокоомной, маломагнитной проволо­ки типа ПЭВММ диаметром 0,4. Для уменьшения магнитного влия­ния намотка обогревателей выполнена бифилярно. Мощность, рас­ходуемая в системе термостатирования, составляет около 10 вт.

Стабилизация излучения спектральной цезиевой лампы произ­водится с помощью управляемого высокочастотного генератора на частоте 110—120 Мгц, построенного по двухтактной схеме на стерж­невых экранированных лампах повышенной надежности типа 1П24Б (рис. 4-12).

Нагрузочный контур LC3; в индуктивной цепи которого разме­щена спектральная лампа, расположен непосредственно в корпусе частотного датчика и связан с анодным контуром генератора LiCi с помощью коаксиального кабеля длиной до 5 м. Контур связи L2Cn обеспечивает необходимое согласование резонансного сопро­тивления анодного контура генератора с волновым сопротивлением соединительного кабеля. С целью непрерывной стабилизации интен­сивности свечения в схеме генератора предусмотрена система авто­матической регулировки мощности (АРМ), действие которой осно­вано на изменении напряжения питания экранных сеток генератор­ных ламп в зависимости от интенсивности свечения спектральной лампы. В состав схемы входят дополнительный фотодетектор (на схеме не изображен), управляющий усилитель постоянного тока на триоде Г2 и элемент управления — эмиттерный повторитель на три­оде 1. Нагрузкой этого триода является входное сопротивление генератора по постоянному току на участке экранная сетка—катод.

Питание цепи экранных сеток генератора от источника 150 в осуществляется через дополнительный резистор Re и сопротивление перехода коллектор—эмиттер триода 7Y При включении генератора управляемый триод схемы АРМ Ті полностью «открыт» и напряже­ние на экранных сетках определяется лишь резистором /?б- Величи­на сопротивления резистора Re выбирается так, чтобы в момент включения генератор отдавал избыточную мощность, обеспечиваю­щую надежный и быстрый выход спектральной лампы на режим.

Одновременно с началом свечения на зажимах фотодетектора АРМ возникает фототок, амплитуда которого пропорциональна ин­тенсивности свечения спектральной лампы. Соответственно изме­няется и сопротивление перехода управляемого триода Ті, а следо­вательно, и напряжение на экранных сетках генератооных ламп.

Дополнительные элементы - схемы АРМ (#4, /?, и 12, Сіз) обес­печивают коррекцию температурного дрейфа усилителя постоянного тока и повышают помехоустойчивость регулятора.