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Révolutionner les standards de tension

La science traitant directement des mesures, la métrologie, a pour objectif d'améliorer, à l'aide de standards, la prise de décisions basées sur des mesures lors des procédures de laboratoire, de calibration, de production et de gestion à tous les niveaux de précision. En particulier, le standard de tension de la matrice Josephson est le principal standard en vigueur dans les plus grands laboratoires de calibration mondiaux. Le projet ProVolt a permis de définir les bases de production d'un standard de tension Josephson programmable destiné à être utilisé comme un voltmètre de large amplitude, pour la métrologie primaire et précise du courant alternatif et continu.
Révolutionner les standards de tension
Au début des années soixante, Brian Josephson est arrivé à la conclusion qu'une jonction tunnel supraconductrice soumise à un rayonnement de type micro-onde produisait une tension moyenne équivalente à un entier multiple d'une valeur quantifiée. Confirmé par la suite au plan expérimental, ce lien essentiel entre la tension et la fréquence a été employé dans la plupart des pays depuis le début des années soixante dix pour lier les unités de tension aux unités de fréquence. Les premiers standards de tension Josephson utilisaient normalement une simple jonction et ne généraient pas plus de quelques millivolts. Cependant, durant les années quatre vingt, des techniques hautement spécialisées ont été exploitées pour fabriquer des séries de matrices dotées de milliers de jonctions afin de générer des tensions de quantum supérieures à 10 volts. Récemment, les études se sont orientées vers des matrices de jonctions par impulsions permettant de créer des formes d'onde CA précises, susceptibles de révolutionner la métrologie au niveau des fréquences audio.

Axé sur le développement d'un standard de tension CC rapidement programmable et la possibilité de synthétiser des formes d'ondes CA de basse fréquence, le projet ProVolt a donné lieu à l'élaboration de nouveaux ensembles de standards de tension Josephson, caractérisés par une stabilité intrinsèque élevée de la tension de référence et permettant de sélectionner très rapidement certaines tensions de référence, ainsi que de synthétiser des tensions CA. La conception de ces ensembles a nécessité une meilleure compréhension de la dynamique non linéaire des jonctions Josephson ainsi que des paramètres de circuit optimaux permettant d'accroître la fiabilité et le rendement des matrices.

Ces résultats sont aisément applicables lors d'un processus de calibration entièrement automatisé et aussi fiable que possible des tensions de voltage CC allant jusqu'à 1V. En outre, ils peuvent être utilisés pour les tests de linéarité et le calibrage absolu des voltmètres ainsi que pour les calibrateurs de tension CA ultra-précis. De plus, le fait de pouvoir produire des tensions CA aura à de maints égards un fort impact sur la métrologie de tension CA et la recherche, y compris la calibration de standards de tension CA dans les échelons de moyenne tension, les tests de calibration et de linéarité des calibrateurs, des voltmètres CA ainsi que des wattmètres de haute précision.

En pratique, le dispositif Josephson est un voltmètre quantifié qui peut être utilisé par la recherche et les processus de production industriels comme un instrument d'amélioration de la qualité des mesures. Actuellement, les procédures de calibration utilisant les voltmètres numériques hautement performants sont onéreuses, font l'objet de répétitions annuelles conduites en fonction de standards secondaires et limités dans leurs applications. Avec l'introduction de ce nouvel instrument, les standards secondaires deviendront inutiles et la métrologie du courant alternatif sera incluse.

Grâce à ces matrices contrôlables à distance, la mise en oeuvre d'une calibration distante ou virtuelle par Internet ou par voie téléphonique devrait faciliter les procédures de calibration. De plus, ces matrices améliorées serviront de base à la fabrication de circuits avancés, comme les circuits électroniques supraconducteurs à quantum de flux (RSFQ). Ainsi, les circuits supraconducteurs présentant un degré élevé d'intégration et de faibles largeurs de ligne seront d'une grande utilité pour l'industrie électronique des supraconducteurs ultra-performants. Ils répondront non seulement aux besoins actuels des laboratoires de standards industriels et gouvernementaux, mais aussi aux besoins à venir.

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