本发明公开一种用于直流量子小电压的驱动方法、系统及控制器，属于电压驱动技术领域；本发明采用微波驱动频率调节，结合偏置电流驱动控制技术，同时改变施加在超导阵列结上的微波驱动信号的频率以及偏置电流驱动的超导阵列结数量，从而得到精确直流量子小电压信号，大大减小了可编程约瑟夫森电压标准输出直流小电压信号(1mV～10mV)时与标称值之间的偏差。
1.一种用于直流量子小电压的驱动方法，其特征在于，所述方法包括：
获取直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f；
根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数；
根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1；
根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型得到实际输出直流量子小电压量值V1。
2.根据权利要求1 所述的用于直流量子小电压的驱动方法，其特征在于，所述超导结的量子电压台阶数n取1。
3.根据权利要求1或2所述的用于直流量子小电压的驱动方法，其特征在于，所述约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
4.一种用于直流量子小电压的驱动系统，其特征在于，所述系统包括：
参数获取模块，用于获取直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f；
超导阵列结数量计算模块，用于根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数；
微波驱动频率计算模块，用于根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1；
直流量子小电压输出模块，用于根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型得到实际输出直流量子小电压量值V1。
5.根据权利要求4所述的用于直流量子小电压的驱动系统，其特征在于，所述超导结的量子电压台阶数n取1。
6.根据权利要求4或5所述的用于直流量子小电压的驱动系统，其特征在于，所述约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
7.一种用于直流量子小电压的驱动控制器，其特征在于，所述控制器包括：
用于输入直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f的输入装置；
用于计算施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1的第一计算装置；所述第一计算装置根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数；
用于计算微波驱动频率f1的第二计算装置；所述第二计算装置根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1；
用于输出直流量子小电压的输出装置；所述输出装置根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型输出直流量子小电压量值V1。
8.根据权利要求7所述的用于直流量子小电压的驱动控制器，其特征在于，所述超导结的量子电压台阶数n取1。
9.根据权利要求7或8所述的用于直流量子小电压的驱动控制器，其特征在于，所述约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
一种用于直流量子小电压的驱动方法、系统及控制器
技术领域
[0001] 本发明涉及电压驱动技术领域，特别是涉及一种用于直流量子小电压的驱动方法、系统及控制器。
背景技术
[0002] 可编程约瑟夫森量子电压标准，作为最高标准对交直流电压参量进行量值传递，可以实现直流量子电压的输出，也可以通过动态扫描实现交流电压的输出，在电学计量、航空航天以及武器系统的交直流电压高端测量方面有着广泛的应用。
[0003] 可编程约瑟夫森量子电压标准实现的直流量子电压的最小输出为一个超导结的第一个量子电压台阶。以往用于直流量子电压的驱动方法为采用微波源对处于液氦中的超导阵列结进行辐照驱动，使超导阵列结处于零台阶状态，再对超导阵列结施加偏置电流驱动信号，使超导阵列结产生第一个量子电压台阶，此时便可以得到直流量子电压信号；再通过驱动不同数量的可编程约瑟夫森阵列结从而得到不同的直流量子电压输出。该驱动方法为目前可编程约瑟夫森常用驱动方法，驱动简单方便，但是由于量子电压台阶的电压量值为非整数，其输出的直流量子电压与所需的量值存在一定的偏差，尤其在输出直流小电压信号(1mV～10mV)时，其偏差的相对数值较大。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种用于直流量子小电压的驱动方法、系统及控制器，使得实际输出电压量值与标称值之间的差值接近0，提高了直流小电压信号输出的精确度。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006] 一种用于直流量子小电压的驱动方法，所述方法包括：
[0007] 获取直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f；
[0008] 根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数；
[0009] 根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1；
[0010] 根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型得到实际输出直流量子小电压量值V1。
[0011] 可选的，所述超导结的量子电压台阶数n取1。
[0012] 可选的，所述约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
[0013] 一种用于直流量子小电压的驱动系统，所述系统包括：
[0014] 参数获取模块，用于获取直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f；
[0015] 超导阵列结数量计算模块，用于根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数；
[0016] 微波驱动频率计算模块，用于根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1；
[0017] 直流量子小电压输出模块，用于根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型得到实际输出直流量子小电压量值V1。
[0018] 可选的，所述超导结的量子电压台阶数n取1。
[0019] 可选的，所述约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
[0020] 一种用于直流量子小电压的驱动控制器，所述控制器包括：
[0021] 用于输入直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f的输入装置；
[0022] 用于计算施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1的第一计算装置；所述第一计算装置根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数；
[0023] 用于计算微波驱动频率f1的第二计算装置；所述第二计算装置根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1；
[0024] 用于输出直流量子小电压的输出装置；所述输出装置根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型输出直流量子小电压量值V1。
[0025] 可选的，所述超导结的量子电压台阶数n取1。
[0026] 可选的，所述约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
[0027] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明采用微波驱动频率调节，结合偏置电流驱动控制技术，同时改变施加在超导阵列结上的微波驱动信号的频率以及偏置电流驱动的超导阵列结数量，从而得到精确直流量子小电压信号，大大减小了可编程约瑟夫森电压标准输出直流小电压信号(1mV～10mV)时与标称值之间的偏差。
附图说明
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029] 图1为本发明提供的用于直流量子小电压的驱动方法流程示意图；
[0030] 图2为本发明提供的用于直流量子小电压的驱动系统示意图；
[0031] 图3为本发明提供的用于直流量子小电压的驱动控制器示意图。
具体实施方式
[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 本发明的目的是提供一种用于直流量子小电压的驱动方法、系统及控制器，可以得到精确的直流量子小电压信号。
[0034] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0035] 图1为本发明提供的用于直流量子小电压的驱动方法流程示意图，该方法包括：
[0036] 步骤101：获取直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f。
[0037] 步骤102：根据直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数。
[0038] 步骤103：根据直流量子小电压标称值V和施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1。
[0039] 步骤104：根据施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型得到实际输出直流量子小电压量值V1。
[0040] 超导结的量子电压台阶数n在实际使用中一般取第一个台阶，因此n取1。
[0041] KJ为约瑟夫森常数，根据第26届国际计量大会1号决议，2019年5月20日之后，约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
[0042] 上述方法结合微波驱动频率调节和偏置电流驱动控制技术，同时改变施加在超导阵列结上的微波驱动信号的频率以及偏置电流驱动的超导阵列结数量，从而得到精确直流量子小电压信号。
[0043] 图2为本发明提供的用于直流量子小电压的驱动系统示意图，该系统包括：参数获取模块201、超导阵列结数量计算模块202、微波驱动频率计算模块203和直流量子小电压输出模块204。
[0044] 参数获取模块201用于获取直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f。
[0045] 超导阵列结数量计算模块202用于根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数。
[0046] 微波驱动频率计算模块203用于根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1。
[0047] 直流量子小电压输出模块204用于根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型得到实际输出直流量子小电压量值V1。
[0048] 超导结的量子电压台阶数n取1。
[0049] 约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
[0050] 图3为本发明提供的用于直流量子小电压的驱动控制器示意图，该控制器包括：
[0051] 用于输入直流量子小电压标称值V、超导结的量子电压台阶数n和微波频率f的输入装置301。
[0052] 用于计算施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1的第一计算装置302；所述第一计算装置302根据所述直流量子小电压标称值V、所述超导结的量子电压台阶数n和所述微波频率f，利用N1＝V*KJ/nf模型计算得到施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1；所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1取整数；其中KJ为约瑟夫森常数。
[0053] 用于计算微波驱动频率f1的第二计算装置303；所述第二计算装置303根据所述直流量子小电压标称值V和所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1，利用f1＝V*KJ/N1模型计算得到微波驱动频率f1。
[0054] 用于输出直流量子小电压的输出装置304；所述输出装置304根据所述施加偏置电流驱动信号的超导阵列结数量N1和微波驱动频率f1，利用V1＝N1*nf1/KJ模型输出直流量子小电压量值V1。
[0055] 超导结的量子电压台阶数n取1。
[0056] 约瑟夫森常数KJ＝483597.848416984GHz/V。
[0057] 本发明以以输出1mV直流量子电压为例，再次详细介绍驱动直流量子小电压的方法：
[0058] 首先根据所需要的量子电压标称值V＝1mV，取微波频率f＝70GHz、n＝1，依据公式N1＝V*KJ/nf得到N1＝7，即要得到标称值为1mV的量子电压，需要偏置电流源驱动的超导阵列结数量为7个。
[0059] 然后再根据公式f1＝V*KJ/N1计算出所需的微波驱动频率f1≈69.0854GHz。采用69.0854GHz的微波对处于液氦中的超导阵列结进行辐照驱动，使超导阵列结处于零台阶状态，再对7个超导阵列结施加偏置电流驱动信号，使超导阵列结产生第一个量子电压台阶，此时根据V1＝N1*nf1/KJ便可以得到直流量子电压为0.9999999mV。
[0060] 实际输出电压量值V1与标称值V之间的差值：
[0061] ΔV＝V1‑V＝‑0.0000001mV＝‑0.1nV。
[0062] 本发明采用微波驱动频率调节结合偏置电流驱动控制技术实现精确直流量子小电压的输出，在固定偏置电流驱动下通过微调微波驱动频率的方法可以实现输出量子电压量值的微小变化，实现高准确度数字电压表的分辨力测试。
[0063] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统和控制器而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0064] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
