Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
подложке
Рис. 4.23. Сверхпроводящий акселерометр со свободной массой группы из
Батон-Ружа [22].
с LC-контуром (параллельный резонатор), индуктор которого (вместо конденсатора) модулируется смещением пробной массы относительно конца болванки.
Движение пробной массы ограничено двумя степенями свободы в направлениях, перпендикулярных оси болванки, но практически не ограничено в направлении г. Она изготовлена в форме цилиндрической катушки из высокосортного ниобия (рис. 4.23). Сверхпроводящая проволока, натянутая вдоль оси симметрии и проходящая через полую сердцевину пробной массы, создает магнитное поле, которое поддерживает пробную массу. Эта сверхпроводящая проволока образует замкнутую цепь, что делает- возможным циркуляцию незатухающего сверхтока такой силы, которая достаточна для создания необходимого поля. Один конец подвешенной катушки подводится на как можно меньшее расстояние d к индуктивному элементу резонансного контура, чтобы изменять его индуктивность и резонансную частоту контура. Индуктивный элемент намотан в форме диска, так
ванки, где ускорение
максимально. По прин-
320
Э. Амальди, Г. Пиццелла
что конец цилиндрической катушки может приближаться на малое расстояние к плоской катушке (d=10“3 см). Индуктивность плоской катушки будет при этом линейно изменяться в зависимости от расстояния х между пробной массой и плоской катушкой.
Результирующее изменение резонансной частоты /, обусловленное малым смещением g, дается выражением
M------(4.103)
Резонансный контур, содержащий плоскую катушку, должен иметь возможно более высокое значение Q, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к малым вариациям А/. Это было достигнуто группой из Луизианы путем образования контура из ниобиевой пленки, напыленной на сапфировый диск. Емкостный элемент состоял из кольца вблизи внешнего края, а индуктор представлял собой спираль от этого кольца к центру.
Для работы с подвешенной пробной массой и для приближения ее переднего края как можно ближе к плоской катушке около заднего края помещались две малые катушки (рис. 4.23).
Задающий генератор имеет частоту / = 5 МГц, а параллельный резонатор настраивается точно на эту частоту. Изменения резонансной частоты акселерометра, индуцированные смещением, вызывают фазовые изменения выходного сигнала прибора, которые могут быть зарегистрированы двойным сбалансированным смесителем. Таким образом, акселерометр работает как параметрический усилитель со следующим значением усиления по мощности при преобразовании механической энергии в электрическую:
G = Wv0)2. (4.104)
Предельная чувствительность этого акселерометра определяется наименьшим регистрируемым значением А///. Фазовый шум наиболее стабильного из имеющихся в продаже в настоящее время генератора с частотой 5 МГц ограничивает А/// значением IO-14, или d « IO-3 см, а предельную чувствительность акселерометра — значением | « IO-17 см.
ж. Сверхпроводящий акселерометр со связанной массой [22, 23, 139]. Этот акселерометр состоит из пробной массы, укрепленной внутри корпуса на мембране; он устроен так, что при колебаниях малой амплитуды ведет себя подобно Незатухающему гармоническому осциллятору. Пробная масса представляет собой сверхпроводящий цилиндр, каждый конец которого образует поверхность конденсатора цилиндрического проходного резонатора (рис. 4.24). Укрепленный на конце цилинд-
7. Поиск гравитационных волн
m
рической болванки (M = 5000 кг) и настроенный в резонанс вблизи ее основной моды, этот акселерометр образует с антенной связанный гармонический осциллятор. Поскольку частота биений должна быть больше, чем ширина полосы сигнала (vo = = 700±1 Гц), максимальный коэффициент усиления по механической амплитуде равен приблизительно 100.
При этом болванка передает лишь 1/100 часть энергии сигнала в акселерометр и не является сильно связанной с ним.
Настраиваемые
мембраны.
Рис. 4.24. Сверхпроводящий акселерометр со связанной массой группы из
Батон-Ружа [22].
Кроме того, связь между механической и электромагнитной системами этого акселерометра может быть порядка IO-12, т. е. порядка обратного значения параметрического усиления по мощности для этой системы, так что электронный шум в системе акселерометра, по-видимому, не генерирует колебания в болванке (резонансный шум, разд. 6) даже на этом уровне чувствительности.
Два сверхпроводящих проходных резонатора акселерометра имеют электрический резонанс на частоте / = 600 МГц. Каждый из них синхронизован с общим генератором, так что настройка резонатора стабильна по отношению к долговременным смещениям (рис. 4.25). Когда эти резонаторы работают в качестве пропускающих фильтров для сигнала генератора со стабильной фазой, изменения в настройке резонаторов могут проявляться как амплитудная или как фазовая модуляция на
11 Зак 203
322
Э. Амальди, Г. Пиццелла
выходе фильтра (рис. 4.26). При работе в режиме фазовой (амплитудной) модуляции, когда генератор запирается на точке резонансного пика (максимального наклона) резонатора, параметрический коэффициент усиления по мощности равен G — — (//v о)2» IO12 [ (f/v0) « IO6]. Ясно, что режим амплитудной модуляции хуже режима фазовой модуляции, который факти-
