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Innovazione in materia di campioni di tensione

La metrologia, ovvero la scienza che si occupa direttamente delle questioni relative alla misurazione, mira a migliorare in laboratorio le decisioni basate sulla misurazione, la taratura, la produzione e i processi gestionali a tutti i livelli di precisione, utilizzando valori o campioni di riferimento. In particolare, il valore di tensione della schiera Josephson è il principale campione di misura per la tensione , accettato ed utilizzato dai più avanzati laboratori di taratura del mondo. Il progetto ProVolt ha condotto alla costruzione della base per la definizione di una tensione di riferimento Josephson programmabile da utilizzare come voltmetro su larga scala, per una primaria e precisa metrologia di correnti continue ed alternate.
Innovazione in materia di campioni di tensione
Nei primi anni Sessanta, Brian Josephson osservò che se esposta alla radiazione delle iperfrequenze (o frequenze delle microonde), una giunzione superconduttiva a effetto tunnel produce una tensione media pari al multiplo intero di un valore quantizzato. Questa relazione chiave tra tensione e frequenza, che in seguito venne confermata sperimentalmente, è stata utilizzata nella maggior parte dei paesi a partire dai primi anni Settanta, per collegare l'unità di tensione a quella di frequenza. Le prime tensioni di riferimento Josephson impiegavano normalmente una singola giunzione e generavano non più di pochi millivolt. Tuttavia, nel corso degli anni Ottanta, vennero utilizzate delle tecniche altamente specializzate per costruire serie di schiere (array) composte da migliaia di giunzioni per generare tensioni quantiche superiori ai 10 volt. Recentemente, gli studi si sono concentrati su schiere di giunzioni ad impulso per creare forme d'onda a corrente alternata che potrebbero rivoluzionare la metrologia delle frequenze acustiche.

Concentrandosi sullo sviluppo di una tensione di riferimento a corrente continua rapida e programmabile, con la possibilità di sintetizzare forme d'onda a corrente alternata di bassa frequenza, il progetto ProVolt ha portato allo sviluppo di nuovi tipi di schiere di campioni di tensioni Josephson. Dotate di un'elevata stabilità intrinseca della tensione di riferimento, tali schiere offrono la possibilità di selezionare ad alta velocità determinate tensioni di riferimento, nonché di sintetizzare tensioni a corrente alternata. La progettazione di tali schiere ha richiesto una migliore comprensione delle dinamiche non lineari delle giunzioni Josephson e dei parametri di circuito ottimali per ottenere una maggiore affidabilità e resa delle schiere.

Questi risultati possono essere facilmente applicati per una taratura interamente automatizzata delle tensioni di riferimento a corrente continua di fino ad 1 V con la massima credibilità possibile. Inoltre, essi possono essere usati per prove lineari e la taratura assoluta dei voltmetri, così come per correttori di tensione in corrente continua ad alta precisione. Inoltre, la possibilità di produrre tensioni alternate avrà per molti versi un grande impatto sulla ricerca e sulla misurazione delle tensioni in corrente alternata, comprese la taratura dei campioni di questo tipo di tensione nella gamma dei mV, la taratura e le prove di linearità dei voltmetri e dei correttori di corrente alternata ad alta precisione, così come dei wattmetri ad alta precisione.

In pratica, la configurazione Josephson è costituita da un voltmetro quantizzato che può essere impiegato nella ricerca e nei processi di produzione industriale come strumento per l'ulteriore miglioramento della qualità delle misurazioni. Attualmente, le procedure di taratura che utilizzano voltmetri digitali ad elevate prestazioni sono costose, vanno ripetute annualmente, condotte in base a campioni secondari e con applicazioni limitate. Grazie all'introduzione del nuovo strumento, i campioni secondari diverranno superflui e la misurazione delle tensioni in corrente alternata sarà inclusa.

Con queste schiere controllabili a distanza, la realizzazione di tarature remote o virtuali attraverso Internet o una linea telefonica dovrebbe facilitare le procedure di taratura. Inoltre, sarà possibile produrre circuiti a schiera avanzati, basati su questi array migliorati, come i Rapid Single Flux Quantum, circuiti superconduttori che mostrano un alto grado di integrazione e minori larghezze di linee spettrali. Ciò apporterà benefici sostanziali all'industria elettronica dei superconduttori ad elevate prestazioni. In sintesi, verranno soddisfatti non solo i presenti, ma anche i futuri requisiti dei laboratori industriali e governativi che fissano i campioni di misura.

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Numero di registrazione: 80440 / Ultimo aggiornamento: 2005-09-18
Dominio: Tecnologie industriali