超伝導転移端センサーを用いた量子交流電流標準の研究

利用超导跃迁边缘传感器的量子交流电标准研究

• 批准号: 21H01345
• 负责人: 天谷 康孝
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01345/
• 关键词: 交流電流標準; 量子計測; 超伝導転移端センサー; サーマル・コンバータ; 精密電気計測; 交流電流測定; 超伝導転移端センサ

電気を熱に変換して熱電対で測定する極めて古典的な原理で動作していた既存の交流電流センサーを低温に冷却し、さらに超伝導技術を導入して、交流電流の測定精度を飛躍的に高めることが本研究の狙いである。本研究により、量子技術と既存技術を相乗的に用いた新原理の交流電流測定の確固たる技術の基盤確立を目指す。本研究の完成により、我が国が抱えるカーボンニュートラルなどさまざまな課題の解決や、将来の持続的な成長・発展等に寄与できることが期待される。今年度は研究計画に沿って、サーマルコンバータを冷却するために、GM型冷凍機を購入し、クライオスタットを完成させた。冷凍機のヘッドに十分な熱容量を持たせることで、4 K、80 Kの液体ヘリウムと窒素温度で安定な温度制御を実現した（無負荷状態）。また、昨年に引き続き、既存の熱電対型のサーマルコンバータの測定の限界感度を明らかにするため、 熱的等価回路網計算を行い、信号ノイズ比（SN比）の理論的な計算を行った。その結果、主要なノイズは熱ノイズ（ジョンソンノイズ）であり、これをもとに既存の熱電対型サーマルコンバータの測定感度を表す基礎的な式を導いた。さらに、SN比を向上させるために熱インピーダンスをマッチングさせる方法や材料の選択指針を新たに提案し、既存の方式の限界感度を明らかにした。この結果は、電気標準の中では最も大規模な国際会議である精密電磁気計測国際会議（CPEM2022）で発表した。成果を論文にもまとめてアメリカ米国電気電子学会計測誌(IEEE TIM)に受理された。

The classical principle of electric current measurement is introduced into the existing AC current measurement system, and the accuracy of AC current measurement is greatly improved. This study aims to establish a new principle for AC current measurement based on quantum technology and existing technology. The completion of this study, our country to support the development of the problem, future growth and development, etc. This year's research project is being completed along with the purchase of a GM refrigerator. Refrigerators are designed to maintain a stable temperature control for liquids at temperatures of 10 K, 4 K and 80 K (no load). For example, in the past year, the limit sensitivity of the existing thermoelectric pair was measured, and the theoretical calculation of the signal ratio (SN ratio) was carried out. The result is that the temperature of the sample is higher than the temperature of the sample. For example, if you want to make a decision, you can make a decision. The results were presented at the International Conference on Precision Electromagnetic Measurement (CPEM2022), the largest international conference on electrical standards. The results of the paper were accepted by IEEE TIM.

项目成果

Equivalent thermal circuit analysis on signal-to-noise ratio in planar multi-junction thermal converters

平面多结热转换器信噪比的等效热路分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Amagai Yasutaka;Okawa Kenjiro;Sakamoto Norihiko;Kaneko Nobu-Hisa
• 通讯作者: Kaneko Nobu-Hisa

Signal-to-Noise Ratio Optimization for Planar Multijunction Thermal Converters

平面多结热转换器的信噪比优化

• DOI: 10.1109/tim.2023.3268483
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
• 影响因子: 5.6
• 作者: Amagai Yasutaka;Okawa Kenjiro;Sakamoto Norihiko;Kaneko Nobu-Hisa
• 通讯作者: Kaneko Nobu-Hisa

産業技術総合研究所物理計測標準研究部門応用電気標準研究グループ

产业技术综合研究所物理测量标准研究部应用电工标准研究组