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。     

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。     

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。     

基于对消法的高精度数控陷波器的设计

本文基于对消法原理设计一种阻带范围为1kHz-3kHz的数控陷波器.以FPGA为平台构建数字信号的实时测量模块,以ARM为核心构成陷波器控制模块.采用信号追踪的方法,获得干扰信号的频率、相位以及幅值的参数值.实验结果表明,对于频率范围1kHz-3kHz、幅值范围100mV-1V的单频正弦干扰信号,数控陷波器能够产生无频差,幅度相对误差小于1％,相位误差小于0.4°的对消信号.该数控陷波器对于1kHz-3kHz范围内的工频谐波干扰有很好的抑制效果.     

交流电压源毫伏级量值准确测量的技术研究

基于电压比例和交直流转换技术,提出了一种对交流电压源的毫伏级量值进行准确测量的方法。采用自行研制的二进制级联结构电压比例装置和792A交直流转换标准,将被测交流电压源的毫伏级量值溯源至交流电压国家基准。实验采用替代测量法,通过选用不同电压比例和不同792A量程的组合,在55Hz~5kHz频率范围内,对1台5720A多功能校准源10~200mV范围的交流电压进行准确测量。结果表明,各毫伏级交流电压示值相对误差的绝对值均不超过±40μV/V,测量结果扩展不确定度优于80μV/V,满足交流电压源毫伏级量值溯源需求。