科技和軍工的發(fā)展對(duì)計(jì)量領(lǐng)域的電壓基準(zhǔn)提出了更高的要求。傳統(tǒng)交流電壓標(biāo)準(zhǔn)采用熱電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓的溯源和精密測(cè)量,作為一種實(shí)物基準(zhǔn),其性能易受到外界影響而出現(xiàn)漂移。而近年,以約瑟夫森效應(yīng)為基礎(chǔ)的量子電壓基準(zhǔn)因其穩(wěn)定性?xún)?yōu)、可復(fù)現(xiàn)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)迅速成為各國(guó)計(jì)量機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)。我國(guó)已于上世紀(jì)90年代成功建立了1 V和10 V直流量子電壓基準(zhǔn),其不確定度達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平,但在交流量子電壓的合成方面仍處于探索階段。本文依托中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展了對(duì)交流量子電壓合成技術(shù)的研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1、簡(jiǎn)要介紹了約瑟夫森效應(yīng)及量子電壓的產(chǎn)生和發(fā)展,闡述了量子電壓基準(zhǔn)對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)物電壓基準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展前景。詳述了傳統(tǒng)約瑟夫森電壓基準(zhǔn)、可編程約瑟夫森電壓基準(zhǔn)和脈沖驅(qū)動(dòng)的交流約瑟夫森電壓基準(zhǔn)的原理,并對(duì)這三種電壓基準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較和分析,為后續(xù)交流量子電壓的合成提供了理論基礎(chǔ)。2、評(píng)估基于小型制冷機(jī)的可編程量子電壓合成系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性,測(cè)試臨界電流值隨溫度的變化趨勢(shì)以及工作裕度與微波功率、溫度之間的關(guān)系,找到系統(tǒng)工作的最佳運(yùn)行參數(shù):溫度為9.9K,微波功率為6dBm。研究了約瑟夫森結(jié)陣在基于液氦制冷技... 

【文章來(lái)源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

脈沖驅(qū)動(dòng)的量子電壓信號(hào)合成過(guò)程

第三章基于小型制冷機(jī)的可編程量子電壓合成系統(tǒng)15第三章基于小型制冷機(jī)的可編程量子電壓合成系統(tǒng)可編程芯片在液氦作為冷源的系統(tǒng)中運(yùn)行已趨于成熟，液氦的溫度在4.2K左右，溫度穩(wěn)定性較好，但世界各地液氦(LHe)的稀缺為量子電壓合成系統(tǒng)的無(wú)制冷劑操作提供了強(qiáng)大的動(dòng)力[37]。制冷機(jī)的使用對(duì)于實(shí)現(xiàn)PJVS系統(tǒng)的完全自動(dòng)化至關(guān)重要，因?yàn)榛谝汉さ牟僮飨到y(tǒng)需要經(jīng)常進(jìn)行人為干預(yù)以實(shí)現(xiàn)設(shè)備在室溫和4.2K工作溫度之間的熱循環(huán)[14]。這種自動(dòng)化系統(tǒng)將使初級(jí)電壓基準(zhǔn)被更廣泛地使用，因?yàn)樗鼈儾恍枰?jīng)過(guò)液氦系統(tǒng)操作訓(xùn)練的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)人員，本章對(duì)小型制冷機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性的介紹，旨在積極探索約瑟夫森結(jié)陣在以制冷機(jī)為冷源的系統(tǒng)中運(yùn)行的可行性。3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)小型制冷機(jī)系統(tǒng)是以GM制冷機(jī)為低溫冷源，結(jié)合低溫恒溫容器和精密測(cè)量系統(tǒng)，構(gòu)建的一個(gè)PJVS合成系統(tǒng)。主要包括兩大部分：約瑟夫森恒溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)。其中約瑟夫森恒溫器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括低溫冷源(GM制冷機(jī))、風(fēng)冷式水冷機(jī)、氦壓縮機(jī)、真空系統(tǒng)及引線，溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)包括可控低溫測(cè)溫儀、高精度萬(wàn)用表、程控恒流源、微波源及計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。目前，主要實(shí)現(xiàn)了三個(gè)功能：溫度的測(cè)量、溫度的控制以及約瑟夫森結(jié)陣I-V數(shù)值的讀齲圖3.1制冷機(jī)低溫恒溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3.2約瑟夫森結(jié)陣芯片本系統(tǒng)采用日本AIST制作的1VSNS型可編程約瑟夫森結(jié)陣芯片，如圖3.2

第三章基于小型制冷機(jī)的可編程量子電壓合成系統(tǒng)15第三章基于小型制冷機(jī)的可編程量子電壓合成系統(tǒng)可編程芯片在液氦作為冷源的系統(tǒng)中運(yùn)行已趨于成熟，液氦的溫度在4.2K左右，溫度穩(wěn)定性較好，但世界各地液氦(LHe)的稀缺為量子電壓合成系統(tǒng)的無(wú)制冷劑操作提供了強(qiáng)大的動(dòng)力[37]。制冷機(jī)的使用對(duì)于實(shí)現(xiàn)PJVS系統(tǒng)的完全自動(dòng)化至關(guān)重要，因?yàn)榛谝汉さ牟僮飨到y(tǒng)需要經(jīng)常進(jìn)行人為干預(yù)以實(shí)現(xiàn)設(shè)備在室溫和4.2K工作溫度之間的熱循環(huán)[14]。這種自動(dòng)化系統(tǒng)將使初級(jí)電壓基準(zhǔn)被更廣泛地使用，因?yàn)樗鼈儾恍枰?jīng)過(guò)液氦系統(tǒng)操作訓(xùn)練的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)人員，本章對(duì)小型制冷機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性的介紹，旨在積極探索約瑟夫森結(jié)陣在以制冷機(jī)為冷源的系統(tǒng)中運(yùn)行的可行性。3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)小型制冷機(jī)系統(tǒng)是以GM制冷機(jī)為低溫冷源，結(jié)合低溫恒溫容器和精密測(cè)量系統(tǒng)，構(gòu)建的一個(gè)PJVS合成系統(tǒng)。主要包括兩大部分：約瑟夫森恒溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)。其中約瑟夫森恒溫器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括低溫冷源(GM制冷機(jī))、風(fēng)冷式水冷機(jī)、氦壓縮機(jī)、真空系統(tǒng)及引線，溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)包括可控低溫測(cè)溫儀、高精度萬(wàn)用表、程控恒流源、微波源及計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。目前，主要實(shí)現(xiàn)了三個(gè)功能：溫度的測(cè)量、溫度的控制以及約瑟夫森結(jié)陣I-V數(shù)值的讀齲圖3.1制冷機(jī)低溫恒溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3.2約瑟夫森結(jié)陣芯片本系統(tǒng)采用日本AIST制作的1VSNS型可編程約瑟夫森結(jié)陣芯片，如圖3.2

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于約瑟夫森量子電壓的交流功率測(cè)量系統(tǒng)及方法研究[J]. 賈正森,王磊,徐熙彤,周天地,潘仙林,石照民,張江濤.  計(jì)量學(xué)報(bào). 2020(04)
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[3]基于高階Sigma-Delta調(diào)制器的PDα相位補(bǔ)償器設(shè)計(jì)[J]. 徐馳,金予,俞度立.  自動(dòng)化與儀器儀表. 2019(09)
[4]Development of 0.5-V Josephson junction array devices for quantum voltage standards[J]. 王蘭若,李勁勁,曹文會(huì),鐘源,張鐘華.  Chinese Physics B. 2019(06)
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[6]量子電壓的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 朱珠,康焱,王路,胡毅飛.  宇航計(jì)測(cè)技術(shù). 2018(01)
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碩士論文
[1]基于FPGA的高精度相位可控DDS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 王晉偉.中北大學(xué) 2016
[2]約瑟夫森結(jié)（陣）測(cè)試系統(tǒng)研究[D]. 翟昌偉.青島大學(xué) 2014
[3]SNS約瑟夫森結(jié)的制備及其特性研究[D]. 郭小瑋.青島大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3481434