科技和軍工的發(fā)展對計量領(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)換器實現(xiàn)電壓的溯源和精密測量,作為一種實物基準(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)定性優(yōu)、可復(fù)現(xiàn)性強等優(yōu)點迅速成為各國計量機構(gòu)研究的熱點。我國已于上世紀(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(xué)研究院實驗平臺開展了對交流量子電壓合成技術(shù)的研究,主要研究內(nèi)容如下:1、簡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)對于傳統(tǒng)實物電壓基準(zhǔn)的優(yōu)勢及發(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)動的交流約瑟夫森電壓基準(zhǔn)的原理,并對這三種電壓基準(zhǔn)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(chǔ)。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(guān)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(jié)陣在基于液氦制冷技... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

脈沖驅(qū)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(guān)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(yù)以實現(xiàn)設(shè)備在室溫和4.2K工作溫度之間的熱循環(huán)[14]。這種自動化系統(tǒng)將使初級電壓基準(zhǔn)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(xùn)練的專業(yè)實驗人員，本章對小型制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)性的介紹，旨在積極探索約瑟夫森結(jié)陣在以制冷機為冷源的系統(tǒng)中運行的可行性。3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)小型制冷機系統(tǒng)是以GM制冷機為低溫冷源，結(jié)合低溫恒溫容器和精密測量系統(tǒng)，構(gòu)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(fēng)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(jié)構(gòu)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(jié)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(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(guān)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(yù)以實現(xiàn)設(shè)備在室溫和4.2K工作溫度之間的熱循環(huán)[14]。這種自動化系統(tǒng)將使初級電壓基準(zhǔn)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(xùn)練的專業(yè)實驗人員，本章對小型制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)性的介紹，旨在積極探索約瑟夫森結(jié)陣在以制冷機為冷源的系統(tǒng)中運行的可行性。3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)小型制冷機系統(tǒng)是以GM制冷機為低溫冷源，結(jié)合低溫恒溫容器和精密測量系統(tǒng)，構(gòu)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(fēng)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(jié)構(gòu)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(jié)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(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
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[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)
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碩士論文
[1]基于FPGA的高精度相位可控DDS的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 王晉偉.中北大學(xué) 2016
[2]約瑟夫森結(jié)（陣）測試系統(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：3481434