Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
Для правильной работы масса рожков должна быть пренебрежимо малой по сравнению с массой болванки, а их геометрия должна выбираться так, чтобы их продольные моды колебаний были выше низшей продольной моды колебаний болванки.
Рабочие поверхности наконечников полируются с точностью до ±0,5 мкм. Простая механическая система регулировки обеспечивает необходимый параллелизм торцов наконечников с помощью следящих устройств. Ширина зазора d конденсатора C2 устанавливается и выдерживается равной требуемому значению (d « 10”4 см = 1 мкм) с помощью сервомеханизма.
Она контролируется постоянной составляющей выходного тока детектора, которая вызывает ток в обмотке электрического нагревателя, управляющий тепловым расширением алюминиевых стержней, поддерживающих электроды конденсатора C2. Временная постоянная следящей системы определяется инерцией и равна нескольким секундам.
Измерительное устройство индуктивно соединено с катушкой L параллельного резонатора. Степень связи выбирается такой, чтобы сохранить достаточно высокое значение добротности
326
Э. Амальди, Г. Пиццвлла
(Q ~ 200) параллельного резонатора и получить максимальную амплитуду ВЧ-напряжения во вторичном контуре.
Вторичный контур состоит из детектора и фильтра для выделения модулирующего сигнала, а также прибора для контроля положения рабочих точек на склоне резонансной кривой.
После детектора модулирующий сигнал частоты /0 (« 1000— 4000 Гц) подается через катодный повторитель (с коэффициентом передачи К ~ 0,7) на вход усилителя, имеющего полосу пропускания Af ~ 800 Гц и максимальное усиление 2-Ю6. За-
Рис. 4.29. Разделенный проходной ВЧ-резодатор, разработанный группой из Токийского университета [153].
тем, после прохождения камертонного фильтра, сигнал детектируется второй раз, и его амплитуда регистрируется на ленте автоматического самописца.
Как электрический, так и броуновский шум болванки (для Av = 3 Гц) были на уровне 5-Ю-14 см. Увеличение чувствительности может быть достигнуто путем дальнейшего уменьшения ширины зазора или увеличения амплитуды ВЧ-напряжения. По мнению Брагинского и др., чувствительность может быть повышена до уровня Ю-15 см.
к. Модуляция емкости ВЧ-резонатора. Активный датчик, включающий разделенный проходной ВЧ-резонатор, был разработан токийской группой [153] для регистрации колебаний «квадратных» болванок в их низшей моде В\е.
Деформация резонатора преобразуется в частотную модуляцию ВЧ-колебаний и детектируется частотным дискриминатором.
На рис. 4.29 показан симметричный разделенный проходной резонатор диаметра 2Ь и длины 2/, изучавшийся японской группой. Линейные размеры и основные параметры резонатора еле-
7. Поиск гравитационных волн
327
дующие:
/ = 45 мм, а = 8 мм, 6 = 40 мм, г = 60 мм, с= 1,3 мм, ?=16мм, А = 4 мм, d = 2,5 м,
C1 = 20 пФ, C2 = 3500 пФ, fet = 210,7 МГц;
измеренное Qst — 1700, т. е. составляет 60% расчетного значения, а характеристический импеданс коаксиальной части равен 96,5 Ом.
Сосредоточенная емкость C1 между двумя центральными выступами и емкость C2 между боковыми стенками резонатора удовлетворяют следующим неравенствам:
I dCi ^ I dC2
C1 C2,
dx Ci dx
где X — координата одной половины резонатора относительно другой, измеренная вдоль их общей оси. Когда одна половина резонатора смещается относительно другой на Ах, соответствующее изменение Аф фазы колебания, обусловленное изменением (ае, определяется выражением
<4107>
где юо и Qb относятся к болванке, сов — к резонатору, а
d<Qe/<l>t
d*IKl ’
причем численные значения а могут быть рассчитаны из приведенных выше параметров (а = 2,8* IO5).
СВЧ-усилитель с усилением 40 дБ, шириной полосы 20 МГц и максимальной выходной мощностью 20 мВт соединяется с резонатором через магнитный контур. Чтобы свести к минимуму механические потери антенны, обусловленные прикреплением датчика, соединительный контур, как и нагреватель (используемый для регулировки ширины зазора d), подключается без механического контакта со стенкой резонатора.
Схема демодуляции состоит из кристаллического локального генератора и смесителя, за которым следуют усилитель промежуточной частоты (10,7 МГц) и частотный дискриминатор. Выход подключается к самописцу через фазовый детектор на частоте болванки (Do-
Чувствительность резонансной системы датчика, рассчитанная по формуле (4.107), равна
(Аф/Ах)расчеі= 2,9 • 10 рад/м
при юо/2я = 145 Гц.
328
Э. Амальди, Г. Пиццелла
Независимая калибровка дала значение на 13% больше. Измерялся уровень шума всей детектирующей системы, и было установлено, что он соответствует колебательной энергии антенны kT/36 в пределах ширины полосы 1 Гц (Г « 300 К).
Чувствительность этого датчика сравнима с чувствительностью емкостного датчика с постоянным смещением, описанного в п. «в».
Чувствительность модулируемого резонатора ограничена значением минимальной детектируемой разности фаз АфМИн кон-
ЪЧ-сигнал
Рис. 4.30. Схема одной из резонансных антенн австралийской группы со сверхпроводящим датчиком [138].
