研究目的
开发下一代无需精确校准线圈与磁体相对位置的基布尔天平,目标实现2×10??的相对标准不确定度,以促进2019年国际单位制修订后千克原器更广泛的一级复现。
研究成果
TD1的建设已接近尾声,初步结果预计将予以公布。TD2的机械结构除线圈外均已完工。需进一步开展工作,以便从TD1和TD2的成功测试过渡到一种相对易于构建和使用的基布尔天平设计,与其他国家计量院合作将大有裨益。
研究不足
挠曲设计需优化以实现2×10??量级的极限不确定度。必须验证配重磁体、配重线圈及电流源的性能,以避免动框架残余重量出现非线性漂移。
1:实验设计与方法选择:
该设计包含两个技术演示器(TD1和TD2),用于研究基布尔天平的新技术,主磁体和线圈采用通用设计。TD1通过标准等臂天平测试工作原理,TD2则测试"地震仪"基布尔天平的相关技术。
2:样本选择与数据来源:
制作了主磁体与线圈、配重磁体及挠性件用于测试。
3:实验设备与材料清单:
包括迈克尔逊干涉仪、商用电压表、商用计数器、用于同步的FPGA、钕铁硼圆盘磁体,以及采用自粘漆包铜线双绞线绕制的自支撑线圈。
4:实验流程与操作步骤:
该过程通过在基布尔天平移动阶段同步测量位置、速度和电压来最小化空闲时间,并确保线圈位置的精确记录。
5:数据分析方法:
通过电压与速度测量推导出V/u比值以消除BL乘积,从而实现基于长度、时间和普朗克常数的质量测量。
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Michelson interferometer
Measures the position of the coil and estimates its velocity and acceleration.
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NdFeB disc magnet
Source of MMF for the main magnet.
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FPGA
Manages the synchronization of voltage, velocity, and position measurements.
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Commercial voltmeters
Used for voltage measurements in the moving phase of the Kibble balance.
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Commercial counter
Measures the interferometer fringe frequency and provides the trigger signal for the voltmeters.
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