Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Метрология и метрологическое обеспечение

Диссертационная работа:

Шерстобитов Сергей Владимирович. Разработка и создание установки для воспроизведения сигналов переменного низкочастотного напряжения на эффекте Джозефсона : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.15 : Москва, 2003 116 c. РГБ ОД, 61:04-5/200-2

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.
Введение 3

Глава 1 О способах построения синтезаторов переменного
напряжения на эффекте Джозефсона
9

1.1 Синтезатор напряжения на основе цепочки
сильношунтированных переходов Джозефсона с двоичными секциями 10

1.2 Синтезатор напряжения, управляемый серией импульсов
(дельта-сигма цифро-аналоговый преобразователь на эффекте

Джозефсона) 15

  1. RSFQ- синтезатор переменного напряжения 34

  2. Синтезатор напряжения с широтно-импульсной модуляцией

на основе цепочки сильношунтированных джозефсоновских переходов 36

1.5 Краткие выводы к главе 1 42
Глава 2 Исследование экспериментальных цепочек
сильношунтированных джозефсоновских переходов типа

SINIS с двоичными секциями и частотой СВЧ накачки

ЮГГц 44

  1. Результаты исследования экспериментальных образцов цепочек сильношунтированных джозефсоновских переходов типа SINIS 44

  2. Точное измерение напряжения цепочки сильношунтированных джозефсоновских переходов типа SINIS относительно эталона напряжения на основе традиционной SIS цепочки 55

  1. Экспериментальная установка 56

  2. Методика измерения и оценка метрологических характеристик экспериментальной установки 61

  3. Результаты измерения напряжения Usinis -ЮГГц относительно Us/s - 70ГГц 65

  1. Требования к аппаратуре синтезатора переменного напряжения на основе двоичных цепочек сильношунтированных переходов Джозефсона 68

  2. Краткие выводы к Главе 2 69

Глава 3 Установка для воспроизведения сигналов
переменного низкочастотного напряжения на основе
цепочки
сильношунтированных джозефсоновских

переходов с двоичными секциями 71

3.1 Описание устройства аппаратуры установки 71

, 3.2 Программно-измерительный модуль установки 76

3.2.1 Исследование характеристик программно-
измерительного модуля установки 84

3.3. Экспериментальные результаты 87

» 3.3.1 Регистрация вольт амперных характеристик и

настройка режимов работы 87

  1. Синтезирование установкой сигналов переменного напряжения с заданными параметрами и измерение характеристик сигналов при помощи АЦП и программно-измерительного модуля 91

  2. Измерение характеристик серийных низкочастотных генераторов при помощи аппаратуры установки 98

  3. Испытания с целью определения метрологических характеристик 9-ти канальной системы регистрации геофизических данных при помощи аппаратуры

установки 103

  1. Методика испытаний 104

  2. Результаты испытаний 104

  3. Заключение по испытаниям 108

3.4 Краткие выводы к главе 3 109

Заключение ПО

Библиографический список использованной литературы 112

Приложение 1 Вольт-амперные характеристики исследовавшихся в работе цепочек сильношунтированных переходов Джозефсона для различных частот и уровней мощности СВЧ смещения.

?

Введение к работе:

В наши дни процесс стадии разработки и создания эталонов напряжения постоянного тока на эффекте Джозефсона фактически завершён. Такие эталоны используются практически во всех странах мира, имеющих национальные метрологические центры. Более того, в ряде промышленно развитых стран некоторые коммерческие предприятия так же оснащены джозефсоновскими эталонами вольта.

В России завершается процесс создания эталонов вольта на эффекте Джозефсона. Так, во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева утвержден Государственный первичный эталон вольта ГЭТ 13-89. Он обеспечивает воспроизведение размера вольта с НСП и СКО не более 1-Ю'9 [4]. Во ВНИИМС и ВНИИФТРИ утверждены вторичные эталоны ВЭТ 13-12-99 и ВЭТ 13-І3-01 соответственно. Ведутся работы по созданию сети вторичных эталонов вольта в городах Хабаровске, Иркутске, Новосибирске.

В то же время существует потребность в аппаратуре нового поколения для точного воспроизведения и измерения как формы, так и амплитуды напряжения переменного тока, определяемая нуждами метрологического обеспечения современных высокоточных систем сбора, анализа и регистрации информации в геофизике, акустике, гидроакустике, радиотехнике, системах телекоммуникаций.

В России метрологическое обеспечение средств измерений напряжения переменного тока в частотном диапазоне 0,01 Гц -н 30 МГц осуществляется в соответствии с Государственной поверочной схемой по МИ 1935-88. Во глазе этой поверочной схемы находится Государственный специальный эталон единицы напряжения переменного тока ГЭТ 89-75 (ВНИИМ им. Д.И. Менделеева) имеющий следующие характеристики:

частотный диапазон 20 Гц - 30 МГц, диапазон напряжений 0,1 - 10 В, НСП ПО" -3-Ю"4, 003 510^-5105.

Для расширения частотного диапазона в область инфранизких частот (0,01 -20)Гц, ВНИИМ им. Д.И. Менделеева были разработаны и изготовлены две поверочные

установки - АРМП ИЗЧ. Они используются во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и РОСТЕСТ-Москва как рабочие эталоны 2-го разряда в диапазоне частот 0,01-^90 Гц с пределом допускаемой погрешности 0,025-2,5%-

По мнению ряда экспертов, необходимый прогресс в повышении точности электрических измерений переменного низкочастотного напряжения в десять и более раз следует ожидать в разработке и создании аппаратуры нового поколения на эффекте Джозефсона [5,6,13]. Такие работы ведутся в NIST (США), РТВ (Германия), ETL (Япония), VTT (Финляндия), KRJSS (Ю.Корея) и др.

Так, в конце 2001 г. стартовал 4-х летний европейский проект по созданию синтезатора напряжения произвольной формы на эффекте Джозефсона, (Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer, JAWS Project) [8]. В этом проекте участвуют такие страны как Нидерланды, Германия, Англия, Франция, Словения, Швеция и др. Мировой интерес и актуальность проблемы может подчеркнуть тот факт, что на последней конференции по прецизионным электромагнитным измерениям СРЕМ-2002 (16-21 июня 2002 г. Канада, Оттава) было представлено 14 работ по синтезаторам сигналов переменного напряжения на эффекте Джозефсона, в том числе три работы от ВНИИФТРИ.

Таким образом, разработка новых высокоточных измерительных систем на основе эффекта Джозефсона для решения задач метрологического обеспечения средств измерений сигналов переменного низкочастотного напряжения является важной актуальной проблемой.

Цель работы. Целью данной работы является комплексное исследование возможности построения прецизионных средств измерения низкочастотного переменного напряжения на основе цепочек сильно шунтированных переходов Джозефсона, изготовленных по

технологии SINIS (сверхпроводник - изолятор - нормальный металл - изолятор -сверхпроводник), разработка схемотехнических решений, обеспечивающих электромагнитную совместимость цифровых элементов и узлов системы управления синтезатора напряжения с джозефсоновской интегральной схемой, а также создание и исследование установки, которая может быть использована как для воспроизведения, так и измерения параметров сигналов переменного низкочастотного" и инфранизкочастотного напряжения.

Научная новизна.

  1. Впервые выполнены исследования экспериментальных образцов джозефсоновских интегральных схем с двоичными группами сильношунтированных переходов типа SINIS с частотой СВЧ смещения 10 ГГц и показана возможность построения на их основе высокоточных синтезаторов переменного напряжения.

  2. Впервые проведены точные измерения напряжения цепочки джозефсоновских переходов типа SFNIS относительно эталона ВЭТ 13-13-01.

  3. Впервые разработана, изготовлена и исследована установка для воспроизведения сигналов переменного низкочастотного напряжения на основе джозефсоновской интегральной схемы с двоичными секциями, работающая в диапазоне частот 0 -н 20 Гц.

Практическая значимость и реализация результатов.

Настоящая диссертация связана с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых центром физико-химических и электрических измерений (ЦФХЭИ) ГП "ЗНИИФТРИ". Разработанная установка используется во ВНИИФТРИ для проведения дальнейших исследований по созданию высокоточных средств измерений переменного напряжения на эффекте Джозефсона. Результаты

разработки узлов СВЧ системы и криозонда и результаты точного измерения напряжения цепочки SINIS джозефсоновских переходов использованы при разработке и утверждении ВЭТ 13-13-01. Результаты разработки электронных блоков и схем для точного измерения постоянного напряжения использованы при разработке рН - метра первого разряда. Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на научно -технической конференции "Молодые метрологи - народному хозяйству России" (25.10-29.10 1999 г., Москва), XXVI и XXVII научно-технических конференциях молодых ученых-военных метрологов "Актуальные задачи военной метрологии" (22.05.2001 г. и 9.04.2002 г., Мытищи), на рабочем семинаре Евро-Азиатского геофизического общества (ЕАГО) "Современное состояние и направления развития метрологического обеспечения в разведочной геофизике" (17.04-18.04 2001 г. Москва), международной конференции СРЕМ-2002 (16-21 июня 2002 г. Канада, Оттава), IV Всероссийской научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации" (19-22 ноября 2002г. ЦДО "Подмосковье")

Личный вклад автора

Работа выполнена в лаб. 630 ЦФХЭИ ГП "ВНИИФТРИ". Личный вклад автора

заключается в проведении экспериментальных исследований джозефсоновских

микросхем, разработке и создании установки. Автором предложены и исследованы

способы и схемотехнические решения переключения напряжения джозефсоновских ИС,

проведена оценка погрешностей измерений.

На защиту выносятся:

Результаты исследования джозефсоновских схем, изготовленных по технологии SINIS,

показывающие возможность построения на их основе квантовых синтезаторов

переменного напряжения. в Техническое решение, состоящее в использовании гальванически изолированных

источников тока, присоединенных к двоичным сегментам джозефсоновской схемы к

интегральных быстродействующих аналоговых ключей, шунтирующих источники

тока, обеспечивает воспроизводимое переключение напряжения джозефсоновской микросхемы с частотой до 1 МГц. Результаты исследования установки на основе 9-ти битной джозефсоновской

интегральной схемы, подтверждающие следующие её основные метрологические характеристики:

погрешность воспроизведения единицы напряжения постоянного тока не более 5-Ю"5 % при работе установки в режиме калибратора напряжений;

погрешность воспроизведения единицы напряжения переменного

синусоидального тока в диапазоне частот 0,001 * 20 Гц не более 0,01%, при работе

установки в режиме синтезатора переменного напряжения.

Структура и содержание диссертационной работы. Диссертация состоит из трёх

глав, после каждой делаются краткие выводы. В главе 1 анализируются преимущества и

недостатки основных способов построения высокоточных синтезаторов переменного

напряжения на эффекте Джозефсона, в частности:

на основе цепочки джозефсоновских переходов с переключаемыми двоичными секциями с фиксированной частотой синусоидального СВЧ смещения;

на основе цепочки джозефсоновских переходов смещённых последовательностью пикосекундных импульсов с переменной частотой следования;

- на основе цифровой RSFQ-логической схемы (Rapid Single Flux Quantum),
использующей принцип двоичного умножения SFQ импульсов;

- а также оригинальный способ на основе широтно-импульсной модуляции выходного
напряжения цепочки сильношунтированньгх джозефсоновских переходов под
действием модуляции СВЧ мощности накачки цепочки.

Обозначены возможные частотные диапазоны и погрешности воспроизведения напряжения для каждого типа синтезатора. В первой главе приведен анализ и обсуждение теоретических и экспериментальных результатов, полученньгх на момент написания

/

диссертации ведущими в этой области метрологическими лабораториями. Отмечен ряд актуальных нерешенных вопросов, касающихся принципа работы и реализации построения квантовых синтезаторов переменного напряжения на эффекте Джозефсона. На основании проведенного анализа для построения установки, работающей в низкочастотной области, выбрана схема на основе джозефсоновской цепочки с переключаемыми двоичными секциями, к тому же, к этому времени РТВ были изготовлены экспериментальные образцы джозефсоновских интегральных схем с двоичными группами переходов.

Подобные работы
Хворостов Борис Александрович
Разработка и создание элементов государственной системы обеспечения единства измерений комплексного коэффициента отражения в СВЧ диапазоне
Телитченко Геннадий Петрович
Разработка и исследование методов и образцовых средств измерений электрического напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала в диапазоне частот 100 кГц + 1000 МГц
Крюкова Наталья Александровна
Разработка способа создания и закрепления отделки с объемными эффектами в изделиях из трикотажных полотен
Козлова Марина Валерьевна
Разработка технологии и оборудования для создания многоцветных ворсовых рисунков на основе эффекта сепарации при электрофлокировании
Голод Аркадий Борисович
Разработка научных основ комплексного расчета и оптимизации параметров с целью создания струговых установок для выемки крепких углей на тонких пластах. Том 1
Гурбанязов Оразмухаммед Аширович
Разработка научно-технических основ, создание и опыт эксплуатации низкопотенциальных тепломассообменных гелиотехнологических установок
Кротов Юрий Вячеславович
Создание экспертно-математической системы поддержки принятия решений на основе метода анализа иерархий для разработки установок электросинтеза озона
Самошкин Сергей Львович
Разработка методов проектирования, расчета и испытаний приводов вагонных генераторов и создание на их основе типового ряда генераторно-приводных установок пассажирских вагонов
Литвинов Андрей Владимирович
Разработка и совершенствование процессов и аппаратов технологии производства теплоизоляционных базальтоволокнистых материалов на основе создания и исследования автоматизированной опытно-промышленной установки
Каган Владимир Борисович
Влияние эффекта предварительного напряжения на сопротивление изгибу керамзитожелезобетонных элементов с арматурой классов Ат-VI и Ат-VII

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net