基于约瑟夫森量子电压的交流功率测量系统及方法研究

基于约瑟夫森量子电压标准设计了交流功率差分测量系统。通过分析差分采样系统的误差分布及误差传递函数,提出换向差分测量方法,减小了差分采样系统的增益误差,提高了电压幅值测量准确度;通过分析衰减系数η,证明了采用换向差分测量较容易实现10-7量级电压幅值测量。通过评估差分采样系统零相位,结果证明了差分采样系统具有较好的相位测量稳定性。分析了交流功率差分测量系统的不确定度分量,评估了功率因数为1.0,0.5 L和0.5 C时的功率测量不确定度,通过与国家交流功率基准装置进行实验比对,证明了基于约瑟夫森量子电压交流功率测量系统不确定度评估的合理性。     

工业传感器功能部件的微波元件

考虑各种无源微波元件作为工业传感器功能部件的应用.那些微波元件主要有:临界波导,开口谐振器,极性敏感电线谐振器等等.现通过包含一些技术参数的测量实验来阐述对微波传感器的设计.     

基于约瑟夫森量子电压的谐波电压测量方法研究

约瑟夫森量子电压目前大多应用于正弦信号的测量,极少有针对谐波信号的研究。对可编程约瑟夫森电压基准应用于谐波检测的可行性进行了研究,实现谐波电压向量子电压过渡。在使用阶梯波交流量子电压进行谐波电压测量时,由于过渡过程和吉布斯现象的存在,部分数据出现较大波动;若将该部分处于过渡过程的数据纳入傅里叶变换,会导致恢复得到的信号幅值和相位失真。针对这一问题,提出了一种新的谐波电压计算方法:加权傅里叶变换。该方法通过将处于过渡过程的数据权重置零的方式,实现了谐波电压的准确测量。实验结果表明,谐波电压幅值和相位测量结果较理想,幅值测量标准差均小于1 μV,相位测量标准差均小于15 μrad。     

基于二进制电抗分流器实现热电变换器共地测量

相比于传统的串联连接方式,提出了一种基于二进制电抗分流器实现热电转换器共地比较测量的方法,通过串联连接的方式实现交流电流量程扩展。二进制电抗分流器产生两路共地可自校的电流输出,为热电转换器之间进行相互比较提供已知关系的1:1电流比例;该方法可以减少电流泄漏和三通连接器串联连接的影响。基于这种共地测量方法,热电变换器结合100 mA和1 A分流器进行了实验分析,测量频率范围1~200 kHz,同时在串联模式下进行换臂测量。实验结果表明基于二进制电抗分流器和换臂法可以很好地消除泄露电流所引起的测量误差,且两种不同方法在200 kHz频率下一致性优于3 μA/A。3种不同热电变换器和分流器组合在10 mA~1 A测量电流下交流转换误差一致性优于6 μA/A。     

基于SNS型双路约瑟夫森结阵驱动方法研究

根据SNS型双路约瑟夫森结阵的驱动原理以及结阵分段特点,提出了平衡三进制驱动算法,实现了双路约瑟夫森结阵偏置状态的快速计算。根据约瑟夫森结阵的偏置状态以及组合方式,采用节点电压法,准确合成了双路阶梯波交流量子电压的台阶电压值,最终实现了最小分辨率为2个结,有效位为15位的交流量子电压输出。双路交流量子电压互测实验结果表明,合成交流量子电压的最大误差为0.06 μV,双路信号同步性测试实验中,两个通道的相位差为-0.01 μrad,证明了合成双路交流量子电压具有较高的幅值准确度和相位同步性。     

利用四端互感对锁相放大器校准的研究

提出了一种测量锁相放大器正交分量精度的方法.以四端互感和三支路电抗分流器为基础,在5 mV量程,频率从20～200 kHz下对锁相放大器进行校准,并对测量结果进行了不确定度评定.该方法也适用于锁相放大器其它量程的校准.     

基于电压比例技术实现毫伏级交流电压的量值溯源

提出了一种基于电压比例技术实现毫伏级交流电压量值溯源的方法,该方法采用级联结构感应分压器,通过一步传递过程将交流电压量程覆盖2 mV~200 mV,相比于国际上普遍采用的微电位计法实现交流电压向下扩展的方案而言,该方法缩短了量值传递路径,减少了多步传递所引起的不确定度累积,从而提高了毫伏级交流电压测量的准确性。     

数字采样卡线性误差校准

目前,数字采样技术被广泛应用于电学计量领域。在宽频带交流功率国家基准建立中,不仅需要确定两路采样信号的幅值和相位误差,同时还需要对采样在不同输入电压下的线性误差进行准确校验。提出了采用感应分压器为参考校验采样板卡两路通道的线性误差的方法,该方法通过研制变比误差可自校的2n:1感应分压器,在频率上限达100 k Hz的频率范围内实现了对NI公司生产的高精度数字采样板卡PXI-5922的幅值和相位的线性误差的准确测量。实验结果表明该板卡在0.004 V~1.024 V的幅值线性误差优于60μV/V,相位的线性误差优于120μrad。     

串并联型电阻分压器相角偏差的自校验方法

设计了一种串并联结构的同轴型电阻分压器,基于该分压器提出一种新的相角偏差量值溯源方法。该方法主要通过分压器相角偏差与电阻阻值之间的特殊比例关系实现,通过测量两结构尺寸完全相同的分压器相角偏差的差值实现自校验;设计完成了分压比为100:1,电阻阻值为100 Ω的电阻分压器,通过新的相角偏差溯源方法对该分压器相角偏差在400 Hz到100 kHz频率范围内进行自校验,并对自校验结果进行了不确定度评估,在100 kHz时分压器相角偏差标准不确定度优于30 μrad。