基于PJVS的交流量子电压比例研究

发布时间：2021-02-18 23:23

　　可编程约瑟夫森量子电压基准（PJVS）在电学计量中的应用,完成了电压单位伏特由实物基准到自然基准的过渡,具有高准确性、高稳定性的特点。基于双路量子电压信号,可构建具有量子精度的交流比例,实现任意交流比例高精度的量子复现,从而替代传统交流比例技术。通过驱动SNS型双路约瑟夫森结阵,能够同时合成两路幅值精确且相位可调的量子电压。采用双通道差分采样技术减小了台阶间过渡过程对量子电压幅值恢复的影响,结合通道换臂技术实现量子电压比例的高精度测量,交流量子电压比例测量标准不确定度为0.09μV/V,交流量子电压比例输出精度优于0.05μV/V。通过与传统感应分压器（IVD）比较测量,验证了交流量子电压比例的准确性。最后讨论了交流量子电压比例技术在功率计量以及交流阻抗电桥两个电磁计量领域中的应用。 

【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(02)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

感应分压器交流比例与交流量子电压比例

基于超导/金属/超导(SNS)类型的约瑟夫森结阵,NIM建立了一套单路交流量子电压的合成装置[10]。在此基础上,NIM继续研制了双路PJVS系统。该系统总共由6个部分组成,分别是PC工控机、微波源、偏置电流源模块、电流放大模块、低温系统以及SNS型双路可编程约瑟夫森结阵,如图2所示。其中,工控机控制微波源以及偏置电流源,偏置电流源通过偏置电流放大模块对电流放大,R为偏置电阻,r为线阻与对地电阻之和。低温系统中存放的液氦能够为约瑟夫森结阵正常工作提供4 K低温环境。根据约瑟夫森效应,当约瑟夫森结处于低温超导状态中,一定频率微波辐射在结上时,微波n次谐波与结辐射的电磁波发生共振,结可产生随着n改变而呈现台阶状的恒压电流。每个结阵分段可独立通过编程通入其对应大小为 0或±Is的台阶中心偏置电流,使结阵工作在零台阶或第1级Shapiro量子电压台阶,结阵第i分段输出的量子电压值Vi可由式 (2) 计算得出。

式中:n(i)为第i段约瑟夫森结阵分段的偏置状态,取值为0或±1;Int为取整操作。合成的62.5 Hz的双路量子电压实测采样波形如图3所示。尽管台阶波的每个台阶的电压是可精确计算的量子电压,由于存在过渡过程的影响,计算得到的交流量子电压有效值与实际PJVS输出的交流量子电压有效值并不相等。因此,只有位于平滑台阶上的双路量子电压构成的交流比例才具有量子精度,采用差分采样技术能够减小过渡过程的影响。


本文编号：3040252