成器 方 法就 可 以消 除交 流波 形产 生 时寄 生瞬 态 的影 响 。
本文介绍适用于电压校准达到 １ ０ Ｖ， 频率达到 １ 千
赫兹 情 况 的可编 程 约瑟 夫森 电压 标 准系统 。该 系统是 一 个 交流 量子 电压表 ， 通 过零检 测器 配置下 的快速 数字采样
器（ Ｉ Ｏ Ｍ Ｓ ／ ｓ ） ， 在工业校准实验室中对其性能进行现场测试， 被测对象是 目前最先 进 的福 禄克 ５ ７ ０ ０系列校 准器 ， 该校 准 器被广泛用于计量机构 和校准服务 公 司。分析 校准器 电压 的长期稳定度 以及泄漏 电流对不确定度 的影 响。
几 个福禄克 ５ ７ ０ ０ Ａ系列校准器 ， 其电压为 １ ０ Ｖ， 频率是 ｌ ｋ Ｈ ｚ了解 到该 系统在 工业环境 中的性 能和操作 方法。交流电压 标准的测量 不确定度小于 １ Ｘ１ ０ 关键词 ： 福禄克 ５ ７ ０ ０校 准器 ； 可编程约瑟夫森 电压标准
中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ３ ３ ． ２ 文献标识码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： ４ ６ ０ ． ４ ０ ３ ０
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ４— ６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ４ ． ０ １ ５
Ｔｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ ＡＣ Ｊ ｏ ｓ ｅ ｐ ｈ ｓ ｏ ｎ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
计量与测试技 术》 ２ ０ １ ６丰 第４ ３ 卷 第４期
交流 约 瑟夫 森 电压 标 准 系统 的介 绍
李 安 香
（ 哈尔滨市计量检定 测试 院 ， 黑龙 江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ６ ）
摘
要： 本 文 介 绍 了交 流 约 瑟 夫 森 电压 标 准 系 统 的性 能 。该 系 统 是 一 种 新 型 的交 流 量 子 电压 计 量 装 置 ， 用 于 校 准 常 用 的 直 流 和 交 流 电 压 标 准 。 通 过 测 试
心 的额定 电流 。仪 器 同步 是 必 要 条 件 ， 利 用 快 速 傅 里 叶 变换 从 采样 数据 中评 价 相位 噪声 。
４ 校准 器测 量
交 流 电压校 准器 的测 量不 同于具 有相 同振 幅 和相 位
的阶梯式约瑟夫森波形。该系统采用约瑟夫森波形每周
期２ ０步 的方 式近 似 正 弦 波 。这 样 从 大 量 的不 同波 形 周 期 中采 样 ， 再 将 数据 进 行 平 均 以精 确 波 形 周 期 。结 合 调 整后 的约瑟 夫森 电压 和采 样 器 的增 益 及 偏 移 ， 从 重 构 波 形 中计算 均方 根 。默 认 每 秒 捕 获 一 次 数 据 ， 并 且 每 循 环
２ 设 置
交流 量 子 电压表 是 基 于 ７ ０ Ｇ Ｈｚ微 波 频 率 驱 动 的 １ ０ Ｖ 可编程 约 瑟 夫森 电压 标 准 结 阵 。快 速 的 １ ７通 道 偏 置 源提 供 最 大 电 压 １ 阵 。 双 通道 多路 转换 器 为 直 流 和 交 流测 量 提 供 不 同 的配 置 。 直 流校 准方 面 ， 约 瑟夫 森 电压 标 准 结 阵 与 直 流 电压 标 准 相 连 以进 行 校 准 ， 选 择吉 时 利 ２ １ ８ ２ Ａ型 纳伏 表 作 为零 检 测器 ， 多路 转换 器进 行极 性 逆转 操作 。
近 年来 ， 可 编程 约 瑟夫 森 电压 标 准 在 交 流 电压 计 量 方 面越 来越 引入 注 目。 目前 ， 国 际上 在 约 瑟 夫 森 交 流 电
压标 准 的实 现上 有 两种 不 同 的方 法 ， 分 别 为波 形 合 成 法
和脉 冲 调制 法 。结合 约 瑟 夫 森 结 阵 ， 抽 样 技 术 和 锁 定 合
ｌ ０次计 算 均方 根 和 Ａ类 不确 定 度 。
阵的 ＨＩ 端 与福禄 克 ５ ７ ０ ０ Ａ校 准器 的 Ｈ Ｉ 端 相 连接 ， 快 速 采 样器 Ｎ Ｉ Ｐ Ｘ Ｉ ５ ９ ２ ２对 Ｌ Ｏ端 的电压 差进 行 数 字化 处 理 。 因为 采样 器接 地 ， 所 以避 免 了不 完 全 共 模 抑 制 造成 的 系
交 流 校准方 面 ， 多 路 转 换 器 将 约 瑟 夫 森 电 压标 准 结
通信 ， 临界 电流 ， 以及整个 约瑟 夫森结 阵电压 步幅 的宽 度 。必要 时优 化微 波 频 率 和功 率 以增 加 测量 范 围 （ 步 长 大于 ０ ． ７ ｍ Ａ） 。然 后 ， 通 过 直 接 测 量 约 瑟 夫 森 标 准 电 压 确定 采样 器 的增 益 和偏 移 。最 后 ， 将 相 位 对 齐 于 校 准 器 波形 和约 瑟夫 森 电压 标 准波形 之 间 。 除 了交 流波 形前 十次 谐 波 的均 方 根 ， 还 需 要 确定 ５ ０ Ｈ ｚ的频 率 。为 了保 证 约瑟 夫 森 电压 标 准结 阵在 平 缓 台 阶下 进行 操作 ， 我们使 用 不 同的偏 置 电流 每次 测量 三 次 ， 包括 ， Ｇ 一１ ０ ０ １ ｘ Ａ， ， ｃ ， ， ＋１ ０ ０ １ ． ￣ Ａ， 其中， 。 表 示 夏皮 罗 级 中
Ｌ ｉ Ａｎ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ
１ 引 言
自动 运行 ， 装 配 的软件 也 能够远 程 控制 。在 使用 ６ ５升 液 氮 杜 瓦瓶 的情 况下 （ 每 天 消 耗 约 ４升 ） ， 系统 能够 操 作 ３ 周 。集成 芯 片加 热器 能 够 在 几 秒 内加 热 约 瑟夫 森 结 阵 ， 使 其 达 到捕获 磁通 量 的 临 界 温度 ， 而 且 加 热 操 作 不 需 要 举 起 冷冻 探针 。 系统 初始 化过 程 从 自检 开 始 ， 包 括 检 查 设 备 的 内部