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Erfolgreicher erster Test eines Abtast-Quantenvoltmeters

07.12.2006

Eine neue Methode zur Kalibrierung für Wechselspannungen basierend auf einer synchron synthetisierten Wellenform einer programmierbaren Josephson-Schaltung ist erfolgreich getestet worden.
Bisher werden periodische Wechselspannungen bei Frequenzen bis etwa 400 Hz mit einem Abtastverfahren kalibriert, bei dem ein hoch auflösendes Abtastvoltmeter im Vollausschlag betrieben wird. Nun wurde untersucht, welche Unsicherheiten erreicht werden können, wenn eine Wechselspannung von ± 1,2 V mit einer programmierbaren Josephson-Schaltung kompensiert wird. Die resultierende Differenzspannung zweier Rechtecksignale wurde dafür mit dem gleichen Abtastvoltmeter erfasst, allerdings, und das ist entscheidend, in einem Messbereich des Voltmeters mit höherer Auflösung. Um Unsicherheiten der zu messenden Wellenform auszuschließen, wurde diese mit einem zweiten Josephson-Synthesizer erzeugt. In dem Bild sind die Messergebnisse für Frequenzen bis 5 kHz gezeigt. Die erreichten Unsicherheiten (Typ A) mit dem Abtast-Quantenvoltmeter sind etwa um einen Faktor 10 geringer als beim direkten Abtasten. Damit ergibt sich auch ein deutlich erweiterter Frequenzbereich. Unterhalb von 400 Hz beträgt die Unsicherheit 5•10-8 (k = 1) und selbst bei 1 kHz wird noch eine Unsicherheit von 2•10-7 (k = 1) erreicht.


Bild 1: Messergebnis für den direkten Vergleich von zwei Josephson-Rechtecksignalen im ± 1,2 V Bereich für Frequenzen bis 5 kHz. Die gestrichelte Linie gibt die Unsicherheit (Typ A) für das Abtast-Quantenvoltmeter an, die gepunktete die Unsicherheit für das direkte Abtasten.