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Nachrichten aus dem Jahresbericht 2013

Grundlagen der Metrologie

Die gezielte optische Anregung von Elektronenflüssen in Halbleitern erlaubt eine kontrollierte räumliche Ausrichtung der dabei ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung.

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Graphen, ein einzigartiges Material aus einer einzelnen Atomlage von auf einem hexagonalen Gitter angeordneten Kohlenstoffatomen, kann mittels einer neu an der PTB aufgebauten Anlage nun auch großflächig für metrologische Anwendungen hergestellt werden.

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Halbleiter-Einzelelektronenpumpen ermöglichten bisher die Erzeugung eines quantisierten Gleichstromes durch kontrollierten Transport einzelner Elektronen.  Durch zeitliche Variation des Einzelelektronentransports konnten nun erstmals auch quantisierte Wechselströme mit beliebiger Wellenform realisiert werden.

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Mit Hilfe von Bifurkationseffekten können sehr schwache elektrische Signale nachgewiesen werden. Dafür wurden supraleitende koplanare Wellenleiter-Resonatoren aus Niob mit integrierten Serienschaltungen aus Nb/AlOx/Nb Josephson-Kontakten hergestellt. Unter Anwendung eines kontrollierten Gleichstroms durch die Josephson-Kontakt Serienschaltung konnte der Bifurkationseffekt bei einer Temperatur von...

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Mit einer Kohlenstoffnanomembran (CNM) sollen mikroskopische Drucksensoren hergestellt werden. Es wurde ein Auslesekonzept für einen Feldeffekttransistor entwickelt, mit dem die Bewegung der CNM detektierbar ist.

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Dünnschicht-Mikrostreifenwiderstände aus teilweise oxidierten Ti-Schichten bilden hochohmige Impedanzen, die quantitativ und qualitativ den bisher eingesetzten Widerständen aus Chrom überlegen sind und bis zu sehr hohen Frequenzen eingesetzt werden können. Diese Widerstände dienen als wichtige Bauelemente in Coulomb-Blockade-Schaltungen auf Basis von Aluminium und schaffen Voraussetzungen für eine...

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In der PTB hergestellte Nano-SQUIDs wurden in einer Kooperation mit den Universitäten Tübingen und Basel in einen multifunktionalen Sensor integriert. Der Sensor mit dem Nano-SQUID und einem Ni-Nanotube wurde zur Charakterisierung von magnetischen Nanoteilchen verwendet. In Zukunft kann diese Technologie für grundlegende Studien auf dem Gebiet des Nanomagnetismus (z.B. Anwendungen für magnetische...

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Das JAWS-System der PTB wurde erstmalig erfolgreich in einem Pulse-Tube-Kleinkühler betrieben. Es zeigte sich, dass die Temperaturstabilität und die Kälteleistung des Kleinkühlers ausreichen, um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen. Dabei wurden mit Schaltungen von 4000 Josephson-Kontakten Ausgangsspannungen von 70 mVRMS bzw. 200 mVPP erzielt.

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Metrologie für die Wirtschaft

Die Tendenz, elektrische Energie auf immer höheren Spannungsebenen zu übertragen, erfordert es, auch für die Messtechnik entsprechende Normen und Geräte zu entwickeln. So wird in der neuen Hochspannungsnorm IEC 60060 empfohlen, die Vergleichsmessungen möglichst bis zur Nennspannung durchzuführen. Hierfür wurde die erste Stufe eines 3-stufigen gedämpft-kapazitiven Spannungsteilers für Blitz- und...

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In Zusammenarbeit mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA und dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik in Berlin ist ein neues Verfahren zur Korrektur des Übersprechens zwischen den Mikrowellenprüfspitzen und den Zugangsleitungen der zu messenden planaren Bauteile entwickelt worden. Das Verfahren wurde bei allen drei beteiligten Instituten erfolgreich...

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In der Arbeitsgruppe Elektromagnetische Felder und Antennenmesstechnik wurde nach Abschluss der Planungs- und Aufbauphase ein neuer Messplatz zur Antennencharakterisierung zwischen 3 GHz und 325 GHz in Betrieb genommen. Der Antennenscanner erlaubt die Abtastung der Richtcharakteristik einer zu charakterisierenden Antenne auf einer Kugeloberfläche mit Hilfe einer zweiten Messantenne.

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Im Rahmen des 2013 abgeschlossenen EMRP Projektes „Metrology for Energy Harvesting“ wurde ein neuartiger Leistungssensor auf der Basis eines modifizierten planaren Vielfach-Thermokonverters (PMJTC) entwickelt. Damit ist es möglich, den Energieinhalt des zu messenden Signals in einem bestimmten Zeitraum und damit die mittlere Leistung unabhängig von dessen Kurvenform und Frequenz rückgeführt zu...

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Metrologie für die Gesellschaft

Das Waffengesetz überträgt der PTB die Aufgabe, durch Entwicklung und Durchführung von Prüf- und Zulassungsverfahren die Einhaltung von technischen Anforderungen an Elektroimpulsgeräte  sicherzustellen. Mit den im Jahr 2013 überarbeiteten „Anforderungen und Prüfregeln zur Zulassung von Elektroimpulsgeräten für den Personenschutz und im Bereich der Tierhaltung“ wurde ein verbessertes regulatives...

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Erfolgreiche Interaktion zwischen Menschen und Elektrizitätsmesseinrichtungen in Smart Grids setzt voraus, dass die Kommunikation der Messinformationen über die Mensch-Maschine-Schnittstellen optimiert wird. Mit dieser Zielsetzung hat die PTB die entsprechenden, aus dem Eichrecht ableitbaren Mindestanforderungen in die 2013 veröffentlichten DIN SPEC 33440 „Ergonomische Gestaltung von...

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Im Rahmen der Bemühungen der Bundesregierung, der Elektromobilität in Deutschland zum Durchbruch zu verhelfen, wird auch in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in verschiedenen Projekten an dem Thema geforscht. In Zusammenarbeit der Abteilungen „Elektrizität“ und „Medizinphysik und metrologische Informationstechnik“ wurde eine mobile Kalibriereinrichtung entwickelt und aufgebaut, mit der...

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Zum 1. September 2013 wurde das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderte Verbundvorhaben WERAN –Wechselwirkung Windenergieanlagen und Radar/Navigation (Förderkennzeichen WERAN_FKZ 0325644A-D) begonnen. In der dreijährigen Projektlaufzeit befasst sich der Fachbereich 2.2 der PTB zusammen mit den Firmen FCS Flight Calibration Services GmbH und steep GmbH...

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In einem 2012 gestarteten Projekt untersuchen die PTB und das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF) Konzepte zur Messung der Feldstärke von Anlagen des Instrumentenlandesystems (ILS) der Flugsicherung. Ziel des Projektes ist die technische Bewertung der Vergleichbarkeit von Messergebnissen verschiedener Flugvermessungsunternehmen sowie der Systemleistung von terrestrischen ILS-Anlagen im...

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Im Rahmen des vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) geförderten Projektes „Einfluss hochfrequenter Felder des Mobilfunks auf das blutbildende System in vitro“, in dem die PTB zusammen mit dem Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Würzburg die Auswirkungen der Exposition von Blutzellen mit hochfrequenten Feldern untersucht, wurde der Versuchsaufbau in Betrieb genommen und die...

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Internationale Angelegenheiten

Am 1. Juni 2013 startete das Joint Research Project (JRP) SIB59 Q-WAVE „A quantum standard for sampled electrical measurements“, das im Call 2012 „SI Broader Scope II“ des European Metrology Research Programme (EMRP) erfolgreich beantragt worden war. Im Rahmen des Projekts entwickelt die PTB gemeinsam mit elf weiteren europäischen nationalen Metrologieinstituten in den folgenden drei Jahren...

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