可編程約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn)（PJVS）在電學(xué)計量中的應(yīng)用,完成了電壓單位伏特由實物基準(zhǔn)到自然基準(zhǔn)的過渡,具有高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性的特點。基于雙路量子電壓信號,可構(gòu)建具有量子精度的交流比例,實現(xiàn)任意交流比例高精度的量子復(fù)現(xiàn),從而替代傳統(tǒng)交流比例技術(shù)。通過驅(qū)動SNS型雙路約瑟夫森結(jié)陣,能夠同時合成兩路幅值精確且相位可調(diào)的量子電壓。采用雙通道差分采樣技術(shù)減小了臺階間過渡過程對量子電壓幅值恢復(fù)的影響,結(jié)合通道換臂技術(shù)實現(xiàn)量子電壓比例的高精度測量,交流量子電壓比例測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.09μV/V,交流量子電壓比例輸出精度優(yōu)于0.05μV/V。通過與傳統(tǒng)感應(yīng)分壓器（IVD）比較測量,驗證了交流量子電壓比例的準(zhǔn)確性。最后討論了交流量子電壓比例技術(shù)在功率計量以及交流阻抗電橋兩個電磁計量領(lǐng)域中的應(yīng)用。 

【文章來源】：儀器儀表學(xué)報. 2020,41(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

感應(yīng)分壓器交流比例與交流量子電壓比例

基于超導(dǎo)/金屬/超導(dǎo)(SNS)類型的約瑟夫森結(jié)陣,NIM建立了一套單路交流量子電壓的合成裝置[10]。在此基礎(chǔ)上,NIM繼續(xù)研制了雙路PJVS系統(tǒng)。該系統(tǒng)總共由6個部分組成,分別是PC工控機(jī)、微波源、偏置電流源模塊、電流放大模塊、低溫系統(tǒng)以及SNS型雙路可編程約瑟夫森結(jié)陣,如圖2所示。其中,工控機(jī)控制微波源以及偏置電流源,偏置電流源通過偏置電流放大模塊對電流放大,R為偏置電阻,r為線阻與對地電阻之和。低溫系統(tǒng)中存放的液氦能夠為約瑟夫森結(jié)陣正常工作提供4 K低溫環(huán)境。根據(jù)約瑟夫森效應(yīng),當(dāng)約瑟夫森結(jié)處于低溫超導(dǎo)狀態(tài)中,一定頻率微波輻射在結(jié)上時,微波n次諧波與結(jié)輻射的電磁波發(fā)生共振,結(jié)可產(chǎn)生隨著n改變而呈現(xiàn)臺階狀的恒壓電流。每個結(jié)陣分段可獨立通過編程通入其對應(yīng)大小為 0或±Is的臺階中心偏置電流,使結(jié)陣工作在零臺階或第1級Shapiro量子電壓臺階,結(jié)陣第i分段輸出的量子電壓值Vi可由式 (2) 計算得出。

式中:n(i)為第i段約瑟夫森結(jié)陣分段的偏置狀態(tài),取值為0或±1;Int為取整操作。合成的62.5 Hz的雙路量子電壓實測采樣波形如圖3所示。盡管臺階波的每個臺階的電壓是可精確計算的量子電壓,由于存在過渡過程的影響,計算得到的交流量子電壓有效值與實際PJVS輸出的交流量子電壓有效值并不相等。因此,只有位于平滑臺階上的雙路量子電壓構(gòu)成的交流比例才具有量子精度,采用差分采樣技術(shù)能夠減小過渡過程的影響。


本文編號：3040252