Эталоны в области измерения параметров интенсивности электромагнитных колебаний, страница 41

Наконец, следует сказать об одном из наиболее интересных направлений – использовании квантового эффекта Джозефсона для измерения переменного напряжения и, в перспективе, создании единого квантового эталона вольта на постоянном и переменном токе. Концепция построения такого эталона в России рассмотрена в [4.30]. Сущность метода (см. рис. 4.39) заключается в сравнении переменного синусоидального сигнала  с “джозефсоновским” сигналом ступенчатой формы  при помощи некоторого нуль-индикатора (например, СКВИДа). При этом проводится сравнение площадей или, что то же самое, средневыпрямленных значений сравниваемых сигналов. Опорным сигналом служит напряжение, воспроизводимое мерой на основе эффекта Джозефсона . Ступенчатый сигнал  может быть получен путем дискретных отсчетов с выводов Джозефсоновской матрицы, расположенных, например, по двоичному коду. Разность напряжений (см. вид разностного сигнала на рис. 4.37) подается на вход СКВИДа, фильтруется, усиливается, выпрямляется на фазочувствительном детекторе и поступает на регулятор уровня  в виде сигнала ошибки. При равенстве средневыпрямленных значений  напряжение сигнала ошибки равно нулю, для перехода к среднеквадратическим или амплитудным значениям напряжения в соответствии с выражениями (4.5) (, ) необходимо применять масштабные преобразователи напряжения.

Рисунок 4.39 – Упрощенная схема воспроизведения переменного напряжения

Такое упрощенное рассмотрение представляется достаточно ясным, однако практическая реализация данного эталона содержит в себе множество вопросов. Это создание управляемой матрицы с безгистерезисными джозефсоновскими переходами, формирование ступенчатого сигнала  с заданными параметрами, построение прецизионного масштабного преобразователя в ряд других. Проблемой создания эталона переменного напряжения на основе эффекта Джозефсона занимается ряд метрологических центров мира, владеющих технологией создания многоэлементных матриц (PTB, NIST и др.). Отметим, в частности, статью ведущего ученого в этой области Ю.Нимейера (PTB), посвященную проблеме построения управляемой матрицы Джозефсона [4.31].