izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-4-39-43izmertech-1781Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSКвантовая мера для воспроизведения сигналов переменного напряженияQuantum Standard for Synthesis AC VoltageКатковА. С.KatkovA. S.

Санкт-Петербург

Alexander S. Katkov

St. Petersburg

a.n.petrovskaya@vniim.ruЛовцюсВ. Э.LovtsyusV. E.

Санкт-Петербург

Viktor E. Lovtsyus

St. Petersburg

a.n.petrovskaya@vniim.ruБыковА. И.BykovA. I.

Санкт-Петербург

Andrey I. Bykov

St. Petersburg

a.n.petrovskaya@vniim.ruШевцовВ. И.ShevtsovV. I.

Санкт-Петербург

Vladimir I. Shevtsov

St. Petersburg

a.n.petrovskaya@vniim.ruПетровскаяА. Н.PetrovskayaA. N.

Санкт-Петербург

Anastasia N. Petrovskaya

St. Petersburg

a.n.petrovskaya@vniim.ruБэрР.BehrR.

Braunschweig

Ralf Behr

Braunschweig

КиелерО.KielerO.

Braunschweig

Oliver F. Kieler

Braunschweig

Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваРоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian FederationPhysikalisch-Technische Bundesanstalt PTBГерманияPhysikalisch-Technische Bundesanstalt PTBGermany202030062023043943Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1781

Разработан макет меры на основе эффекта Джозефсона для воспроизведения синусоидального напряжения. Воспроизводимое напряжение характеризуется высокой точностью и малым уровнем гармоник. Это открывает новые возможности для метрологического обеспечения в области переменного напряжения. В состав меры входят криогенный зонд с микросхемами на основе эффекта Джозефсона, дельта-сигма модулятор, генератор для формирования последовательности импульсов, схема компенсации, анализатор спектра, блок видеоконтроля и специальное программное обеспечение. В процессе проведённых исследований макета меры показана возможность воспроизведения синусоидальных сигналов с действующим значением напряжений до 130 мВ в диапазоне частот 1–100 кГц. Подавление гармонических составляющих получено на уровне 100 дБн.

Prototype of quantum standard based on the Josephson effect for synthesis sine wave with low level harmonics and high accuracy was developed at VNIIM, which opens up new possibilities for metrological support in the field of АС voltage. The standard includes cryogenic probe with Josephson chips, delta-sigma modulator, pulse pattern generator, compensation circuit, spectrum analyzer, video control unit and software. The capability of synthesis sine wave with an output voltage up to 130 mV RMS over a wide frequency range from about 1 kHz to 100 kHz is shown. Higher harmonics are suppressed bellow the noise floor up to 100 dBc.

эффект Джозефсонадельта-сигма модуляциявоспроизведение сигналов синусоидальной формыимпульсный генераторкриогенный зонданализатор спектрасхема компенсации.Josephson Effectdelta-sigma modulatorsine waveform synthesispulse pattern generatorcryogenic probespectrum analyzercompensation circuit.ReferencesАлександров В. С., Катков А. С., Телитченко Г. П. Новый государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы // Измерительная техника. 2002. № 3. С. 6–9.Aleksandrov V. S., Katkov A. S., Telitchenko G. P., Measurement Techniques, 2002, vol. 45, no. 3, pp. 228–232. DOI:10.1023/A:1015954501462Behr R., Katkov A. S., Metrologia. Technical Supplement, 2005, vol. 42, p. 01005. DOI:10.1088/0026-1394/42/1A/01005Behr R., Katkov A. S., Metrologia. Technical Supplement, 2005, vol. 42, p. 01005. DOI:10.1088/0026-1394/42/1A/01005Катков А. С., Солве С. Ключевые сличения эталонов вольта ВНИИМ и МБМВ // Измерительная техника. 2011. № 11.С. 70–73.Katkov A., Solve S., Measurement Techniques, 2012, vol. 54, no. 11, pp. 1313–1318. DOI:10.1007/s11018-012-9873-6Behr R., Schulze H., Müller F., Kohlmann J., Niemeyer J., IEEE Trans. Instrum. Meas., 1999, vol. 48, no. 2, pp. 270–273.Behr R., Schulze H., Müller F., Kohlmann J., Niemeyer J., IEEE Trans. Instrum. Meas., 1999, vol. 48, no. 2, pp. 270–273.Lloyd F. L., Hamilton C. A., Beall J. A., Diane Go, Ono R. H., and Harris R. E., IEEE Electron Device Letters, 1987, vol. 8, no. 10, pp. 449–450. DOI:10.1109/EDL.1987.26690Lloyd F. L., Hamilton C. A., Beall J. A., Diane Go, Ono R. H., and Harris R. E., IEEE Electron Device Letters, 1987, vol. 8, no. 10, pp. 449–450. DOI:10.1109/EDL.1987.26690Катков А. С., Ловцюс В. Э., Быков А. И., Шевцов В. И., Новодережкин Г. В. Воспроизведение вольта на основе переходов джозефсона СИС- и СНС-типа // Измерительная техника. 2017. № 6. С. 46–48. DOI:10.32446/0368-1025it.2017-6-45-48Katkov A. S., Lovtsyus V. E., Bykov A. I., Shevtsov V. I., Novoderezhkin G.V., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, no.6, pp. 589–593. DOI:10.1007/s11018-017-1240-1Burroughs C. J., Dresselhaus P. D., Rüfenacht A., Elsbury M. M., and Benz S.P., CPEM Digest, Conference on Precision Electromagnetic Measurements, June 13–18, 2010, Daejeon Convention Center, Daejeon, Korea. DOI:10.1109/CPEM.2010.5544234Burroughs C. J., Dresselhaus P. D., Rüfenacht A., Elsbury M. M., and Benz S.P., CPEM Digest, Conference on Precision Electromagnetic Measurements, June 13–18, 2010, Daejeon Convention Center, Daejeon, Korea. DOI:10.1109/CPEM.2010.5544234Mueller F., Behr R., Weimann T., Palafox L., Olaya D., Dresselhaus P. D., Benz S. P., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009, vol. 19, no. 3, pp. 981–986. DOI:10.1109/TASC.2009.2017911Mueller F., Behr R., Weimann T., Palafox L., Olaya D., Dresselhaus P. D., Benz S. P., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009, vol. 19, no. 3, pp. 981–986. DOI:10.1109/TASC.2009.2017911Benz S. P., Dresselhaus P. D., Rüfenacht A., Bergren N. F., Kinard J. R., Landim R. P., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2009, vol. 58, no. 4, pp. 838–843. DOI:10.1109/CPEM.2008.4574646Benz S. P., Dresselhaus P. D., Rüfenacht A., Bergren N. F., Kinard J. R., Landim R. P., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2009, vol. 58, no. 4, pp. 838–843. DOI: 10.1109/CPEM.2008.4574646Kieler O. F., Iuzzolino R., Kohlmann J., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009, vol. 19, no. 3, pp. 230–233. DOI:10.1109/TASC.2009.2019283Kieler O. F., Iuzzolino R., Kohlmann J., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009, vol. 19, no. 3, pp. 230–233. DOI:10.1109/TASC.2009.2019283Flowers-Jacobs N. E., Rüfenacht A., Fox A. E., Dresselhaus P. D., and Benz S. P., CPEM Digest, Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), Ottawa, ON, 2016, pp. 1–2. DOI:10.1109/CPEM.2016.7540601Flowers-Jacobs N. E., Rüfenacht A., Fox A. E., Dresselhaus P. D., and Benz S. P., CPEM Digest, Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), Ottawa, ON, 2016, pp. 1–2. DOI:10.1109/CPEM.2016.7540601Schreier R., Temes G., Understanding Delta-Sigma Data Converters, Pisctaway, New Jersey, IEEE Press, 2005.Schreier R., Temes G., Understanding Delta-Sigma Data Converters, Pisctaway, New Jersey, IEEE Press, 2005.Candy J., IEEE Transactions on Communications, January 1986, vol. 34, no. 1, pp. 72–76. DOI:10.1109/TCOM.1986.1096432Candy J., IEEE Transactions on Communications, January 1986, vol. 34, no. 1, pp. 72–76. DOI:10.1109/TCOM.1986.1096432Benz S. P., Burroughs C. J., Dresselhaus, P. D., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2001, vol. 11, no. 1, pp. 612–616. DOI:10.1109/77.919419Benz S. P., Burroughs C. J., Dresselhaus, P. D., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2001, vol. 11, no. 1, pp. 612–616. DOI:10.1109/77.919419

The authors declare that there are no conflicts of interest present.