Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
к CnmpfIj
Цитндр Zn
Этот недостаток устраняется при применении быстро затвердевающего (— 30 с) клея (цианобонд RS 100, «Цумитомо ке-микл»). Он наносится на люситовые изоляторы, которые прикрепляются к внутренним поверхностям смежных квадрантов болванки и прижимаются к ним через бумажную прокладку толщиной 40 мкм, вставленную между электродами конденсатора. После затвердевания клея бумажная прокладка удаляется. Два конденсатора укрепляются на противоположных разрезах болванки и соединяются параллельно, чтобы уменьшить чувствительность датчика к нежелательным модам антенны. Чтобы избежать нежелательных потерь в антенне, соединение электродов осуществляется посредством золотой проволоки диаметром 20 мкм. Конденсаторы заряжаются через сопротивление 200 МОм от источника постоянного напряжения 300 В с целью избежать разрядов.
Низкочастотное напряжение, появляющееся на сопротивлении, усиливается предусилителем с низким шумом и высоким импедансом, который состоит из четырех входных параллельных полевых транзисторов и обладает коэффициентом усиления по напряжению, равным 70.
/
/
Цилиндр /
I
а
я стиду
N 8
j
Цилиндру
?
6
К СКВИДі/
Сверхпроводящее кольцо с тоном
Рис. 4.19. Схемы акселерометров, основанных на измерении градиента потока [50].
г. Акселерометр, основанный на измерении градиента потока. Основная идея рочестерской группы [50] состоит в использовании способности СКВИДа измерять изменение магнитного потока. Поэтому главное заключается в выборе таких конфигураций потока, которым соответствует большой градиент потока относительно болванки. Таким образом, если поверхность болванки смещается на расстояние = Az относительно катушки СКВИДа, то минимальное смещение, которое можно измерить, равно
Дг =
6Ф(
сквид
д<Ыдг '
Были рассмотрены различные схемы (рис. 4.19). Схема а состоит из двух противоположно ориентированных магнитов; которые жестко прикреплены к болванке, Рочестерская группа
312
Э. Амальди, Г. Пиццелла
получила значение дФ/дг ¦= 1,6- IO-12 Гс-см [87], которое в сочетании с шумовым потоком СКВИДа бФсквид ~ 1,4- IO-12 ГсХ Xcm2 Гц-1/* [70] дает следующую возможную чувствительность к смещениям:
Д? = Д;г~9* 10”18(Av)1/2 см,
где Av — ширина полосы. Эта оценка не учитывает резонансного шума и проблемы согласования импедансов.
*
* •
IUL
Полевые
~ттушки
. Kamyumu съема сигнала
Болванка.
Рис. 4.20. Магнитный датчик группы из Университета Регина [93].
Схема б проще, чем схема а, и имеет вдвое меньшую чувствительность. Схема в включает сверхпроводящую пленку в форме кольца, по которому течет незатухающий ток. Ток в сверхпроводящем кольце порождает неоднородное магнитное поле. Эта схема весьма привлекательна, поскольку сводит до минимума уменьшение значения Q болванки.
Тот же принцип используется в магнитном датчике, разработанном канадской группой [93]. Он состоит из двух независимых детекторных систем, расположенных на каждом конце антенны.
Каждый детектор состоит из двух идентичных катушек съема сигнала, намотанных на цилиндрическую болванку (R = 3,56 см) вблизи ее конца, и трех окружающих их полевых катушек в фиксированных положениях, которые создают два противоположно ориентированных статических градиента поля перед катушками съема сигнала (рис. 4.20). Последние наматывают в противоположных направлениях и соединяют последовательно, чтобы обеспечить максимальный выходной сигнал с минимальной индуктивной нагрузкой. Главным преимуществом этой схе-
7. Поиск гравитационных волн
313
мы является ее нечувствительность к сильным магнитным
ПОЛЯМ.
Смещение конца болванки относительно катушек статического поля приводит к изменению магнитного потока в катушках съема сигнала, величина которого равна
Дф = 2 TirBr Ag,
где г — радиус катушки, a Br — радиальная компонента статического магнитного поля. Индуцируемое а катушках съема сигнала напряжение
V = -2п^- =(4.91)
где п — число витков в каждой катушке съема сигнала.
Выход этих катушек может быть связан с входом СКВИДа. Для максимальной чувствительности индуктивность катушек съема сигнала должна быть сделана равной входному импедансу СКВИДа либо посредством выбора подходящего числа витков п, либо путем использования сверхпроводящего преобразователя на входе СКВИДа.
Сила реакции, действующая на болванку и обусловленная действием поля на ток в катушках съема сигнала, может быть легко рассчитана. Величина эффективного отраженного сопротивления в цепи детектора, обусловленного внутренним трением антенны, дается выражением
Яотраж = (4nmBrf/b,
где b — параметр механического затухания.
В случае металлической болванки ее колебания в статическом магнитном поле ведут к дополнительному затуханию вследствие вихревых токов, которое обусловливает очень малые значения Br (несколько сотен гаусс) и поэтому является серьезным фактором, ограничивающим достижимую чувствительность. Этот недостаток устраняется при использовании болванок из изоляционных материалов.
