發(fā)布時間：2021-11-07 07:29

　　科技和軍工的發(fā)展對計量領域的電壓基準提出了更高的要求。傳統(tǒng)交流電壓標準采用熱電轉換器實現(xiàn)電壓的溯源和精密測量,作為一種實物基準,其性能易受到外界影響而出現(xiàn)漂移。而近年,以約瑟夫森效應為基礎的量子電壓基準因其穩(wěn)定性優(yōu)、可復現(xiàn)性強等優(yōu)點迅速成為各國計量機構研究的熱點。我國已于上世紀90年代成功建立了1 V和10 V直流量子電壓基準,其不確定度達到當時國際先進水平,但在交流量子電壓的合成方面仍處于探索階段。本文依托中國計量科學研究院實驗平臺開展了對交流量子電壓合成技術的研究,主要研究內(nèi)容如下:1、簡要介紹了約瑟夫森效應及量子電壓的產(chǎn)生和發(fā)展,闡述了量子電壓基準對于傳統(tǒng)實物電壓基準的優(yōu)勢及發(fā)展前景。詳述了傳統(tǒng)約瑟夫森電壓基準、可編程約瑟夫森電壓基準和脈沖驅動的交流約瑟夫森電壓基準的原理,并對這三種電壓基準的優(yōu)缺點進行了比較和分析,為后續(xù)交流量子電壓的合成提供了理論基礎。2、評估基于小型制冷機的可編程量子電壓合成系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性,測試臨界電流值隨溫度的變化趨勢以及工作裕度與微波功率、溫度之間的關系,找到系統(tǒng)工作的最佳運行參數(shù):溫度為9.9K,微波功率為6dBm。研究了約瑟夫森結陣在基于液氦制冷技... 

【文章來源】：青島大學山東省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

脈沖驅動的量子電壓信號合成過程

第三章基于小型制冷機的可編程量子電壓合成系統(tǒng)15第三章基于小型制冷機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)的無制冷劑操作提供了強大的動力[37]。制冷機的使用對于實現(xiàn)PJVS系統(tǒng)的完全自動化至關重要，因為基于液氦的操作系統(tǒng)需要經(jīng)常進行人為干預以實現(xiàn)設備在室溫和4.2K工作溫度之間的熱循環(huán)[14]。這種自動化系統(tǒng)將使初級電壓基準被更廣泛地使用，因為它們不需要經(jīng)過液氦系統(tǒng)操作訓練的專業(yè)實驗人員，本章對小型制冷機系統(tǒng)結構進行系統(tǒng)性的介紹，旨在積極探索約瑟夫森結陣在以制冷機為冷源的系統(tǒng)中運行的可行性。3.1系統(tǒng)整體結構小型制冷機系統(tǒng)是以GM制冷機為低溫冷源，結合低溫恒溫容器和精密測量系統(tǒng)，構建的一個PJVS合成系統(tǒng)。主要包括兩大部分：約瑟夫森恒溫實驗系統(tǒng)和溫度測量與控制系統(tǒng)。其中約瑟夫森恒溫器實驗系統(tǒng)包括低溫冷源(GM制冷機)、風冷式水冷機、氦壓縮機、真空系統(tǒng)及引線，溫度測量與控制系統(tǒng)包括可控低溫測溫儀、高精度萬用表、程控恒流源、微波源及計算機。系統(tǒng)的總體結構圖如圖3.1所示。目前，主要實現(xiàn)了三個功能：溫度的測量、溫度的控制以及約瑟夫森結陣I-V數(shù)值的讀齲圖3.1制冷機低溫恒溫系統(tǒng)總體結構圖3.2約瑟夫森結陣芯片本系統(tǒng)采用日本AIST制作的1VSNS型可編程約瑟夫森結陣芯片，如圖3.2

第三章基于小型制冷機的可編程量子電壓合成系統(tǒng)15第三章基于小型制冷機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)的無制冷劑操作提供了強大的動力[37]。制冷機的使用對于實現(xiàn)PJVS系統(tǒng)的完全自動化至關重要，因為基于液氦的操作系統(tǒng)需要經(jīng)常進行人為干預以實現(xiàn)設備在室溫和4.2K工作溫度之間的熱循環(huán)[14]。這種自動化系統(tǒng)將使初級電壓基準被更廣泛地使用，因為它們不需要經(jīng)過液氦系統(tǒng)操作訓練的專業(yè)實驗人員，本章對小型制冷機系統(tǒng)結構進行系統(tǒng)性的介紹，旨在積極探索約瑟夫森結陣在以制冷機為冷源的系統(tǒng)中運行的可行性。3.1系統(tǒng)整體結構小型制冷機系統(tǒng)是以GM制冷機為低溫冷源，結合低溫恒溫容器和精密測量系統(tǒng)，構建的一個PJVS合成系統(tǒng)。主要包括兩大部分：約瑟夫森恒溫實驗系統(tǒng)和溫度測量與控制系統(tǒng)。其中約瑟夫森恒溫器實驗系統(tǒng)包括低溫冷源(GM制冷機)、風冷式水冷機、氦壓縮機、真空系統(tǒng)及引線，溫度測量與控制系統(tǒng)包括可控低溫測溫儀、高精度萬用表、程控恒流源、微波源及計算機。系統(tǒng)的總體結構圖如圖3.1所示。目前，主要實現(xiàn)了三個功能：溫度的測量、溫度的控制以及約瑟夫森結陣I-V數(shù)值的讀齲圖3.1制冷機低溫恒溫系統(tǒng)總體結構圖3.2約瑟夫森結陣芯片本系統(tǒng)采用日本AIST制作的1VSNS型可編程約瑟夫森結陣芯片，如圖3.2

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于約瑟夫森量子電壓的交流功率測量系統(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.  計量學報. 2020(04)
[2]電流單位安培的重新定義[J].   計量與測試技術. 2020(01)
[3]基于高階Sigma-Delta調(diào)制器的PDα相位補償器設計[J]. 徐馳,金予,俞度立.  自動化與儀器儀表. 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,鐘源,張鐘華.  Chinese Physics B. 2019(06)
[5]液氦貯存容器中熱聲振蕩發(fā)生條件及抑制措施[J]. 蔣文兵,黃永華,耑銳,張亮.  真空與低溫. 2018(03)
[6]量子電壓的發(fā)展及應用[J]. 朱珠,康焱,王路,胡毅飛.  宇航計測技術. 2018(01)
[7]真正改寫教科書:安培、千克、開爾文和摩爾4個基本單位將被重新定義[J]. Elizabeth Gibney.  中國計量. 2018(01)
[8]交流量子電壓標準研究綜述[J]. 周琨荔,屈繼峰,張鐘華,趙偉.  計量學報. 2017(04)
[9]一種基于Σ-Δ的信號調(diào)制系統(tǒng)設計[J]. 許琬琰.  現(xiàn)代電子技術. 2015(09)
[10]基于FPGA和AD768的精密程控直流信號源設計[J]. 劉建梁,沈三民,關詠梅,劉文怡.  計算機測量與控制. 2015(03)

碩士論文
[1]基于FPGA的高精度相位可控DDS的設計與實現(xiàn)[D]. 王晉偉.中北大學 2016
[2]約瑟夫森結（陣）測試系統(tǒng)研究[D]. 翟昌偉.青島大學 2014
[3]SNS約瑟夫森結的制備及其特性研究[D]. 郭小瑋.青島大學 2013



本文編號：3481434