Tilbake til søkeresultatene

OFFPHD-Offentlig sektor-ph.d.

Design of optically controlled AC Josephson arrays and voltage dividers for high precision voltage metrology

Alternativ tittel: Design av optisk kontrollerte AC Josephson arrays og spenningsdelere for høypresisjons spenningsmetrologi

Tildelt: kr 1,6 mill.

Målinger blir stadig viktigere i vårt moderne samfunn, og det stilles stadig høyere krav til både nøyaktighet, målehyppighet og målestørrelse. Disse kravene har ledet til at vi i 20. mai 2019 endelig fikk et SI system basert på fundamentale konstater heller enn gjenstander. Det nye systemet er mer robust enn det gamle, samt at primærnormalene nå i prinsippet er allment tilgjengelige. Økt forbruk av elektrisk energi og utvikling av mere kompliserte instrumenter har skapt høyere krav til sporbarheten for de elektriske størrelsene. For å tilfredsstille disse kravene er det nødvendig å forbedre sporbarheten på de elektriske enhetene både i realisering og overføring av sporbarheten. Siden Josephsoneffekten ble innført som primærnormal for likespenning i 1990 så har det blitt jobbet med metoder for også å utnytte dette fenomenet til å realisere kvantebaserte bølgeformer for vekselspenning. Blant annet har det blitt jobbet med å bruke fotodioder til å operere Josephson arrays med raske strømpulser. I dette doktorgradsstudiet har det blitt jobbet med å utvikling og bruk av unipolare og bipolare fotodiodemoduler i flytende helium. Mekanisk robusthet, optisk tilkobling, rask laserpulsering og samplingteknikker har vært viktige betraktninger i dette arbeidet. Gjennom dette prosjektet har vi klart å generere kvantenøyaktige unipolare spenningsbølgeformer via en optisk interface. For bipolare bølgeformer er vi fremdeles et stykke unna målet. I store energikrevende innretninger som for eksempel billadere er det nødvendig med en utvidet sporbarhet på spenning. For å utvide sporbarheten opp til 1000 V må denne spenningen skaleres ned til noen få volt slik at den kan sammenlignes med realisert spenning. Dette kan gjøres ved å inkludere en spenningsdeler, og aller helst en spenningsdeler som blir lastet av en spenningsbuffer. I dette doktorgradsstudiet har det blitt jobbet med å utvikle en spenningsbuffer for bruk i spenningsområdet 0,5-5 V fra DC til 1 MHz med frekvensrespons på mindre enn 250 µV/V. Videre har det også blitt jobbet med å utvikle en 10:1 resistiv spenningsdeler for spenningsområdet 5-50 V fra DC til 100 kHz med frekvensrespons på opptil 125 µV/V.

Prosjektet har bidratt til å knytte sammen Metrologimiljøene i Norge, Finland, Storbritannia og Tyskland. Det har blitt utviklet felles instrumentering for optisk styring av Josephsonoverganger og arbeidet vil fortsette etter doktorgraden avsluttes.

Etter at Josephson effekten i 1990 ble innført som standard for likespenning (DCV) har det lenge vært ønsket å realisere vekselspenning (ACV) på en tilsvarende måte. I den anledning deltar Justervesenet i det europeiske forskningsprosjektet Q-Wave, som har for mål å utvikle et Josephson-system for ACV. Aller helst skal vi kunne realisere spenninger opp mot 1V i frekvensområdet 0Hz til 10MHz. Behovet for å utvikle en slik fullverdig realisering av ACV er å bedre kunne imøtekomme elektronikkindustriens store og økende behov for nøyaktighet på området, særlig når det gjelder konverteringer mellom analoge og digitale signaler. Doktorgradsarbeidet vil være med på å utvikle vår kompetanse innen ACV, og vil være en del av en videreføring av Q-Wave prosjektet. Arbeidet vil bestå av to hovedbolker. Utvikling av et eget AC-Josephson (ACJ) oppsett for å realisere ACV, og utvikling av beregnbare spenningsdelere. Første bolk består i å utvikle en robust fiberoptisk styring av ACJ-brikker ved 4K, karakterisere frekvensrespons, kvantisere gevinst av optisk versus elektrisk styring av ACJ, samt demonstrere økt spenning ved seriekobling av ACJ-brikker. Andre bolk vil bestå i å utvikle spenningsdelerne med markedsledende usikkerhet. En av hovedhensiktene med Justervesenets nasjonale laboratorium er å drive med forskning og utvikling innen målefysikk, noe som er med på å styrke tiltroen til presisjonen i norske næringer. Gjennom prosjekter slik som dette, EMPIR og Q-Wave vil vi kunne skape et mye tettere samarbeid med andre mer erfarne nasjonale laboratorier som PTB og NPL hvilket vil styrke vår organisasjon. For å videre kunne delta på EMPIR-prosjekter ser vi at våre allerede sterke kompetanser må ytterligere styrkes. Doktorgradsprosjektet vil bidra til videre oppbyggingen av Justervesenets forskningsmiljø, så vi i større grad vil kunne hevde oss i fagfelt med rask utvikling. Som følge av dette prosjektet vil vi også betydelig forbedre vår måledyktighet og tjenestetilbud.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

OFFPHD-Offentlig sektor-ph.d.

Finansieringskilder