Квантовые методы и соответствующие средства измерений отличаются высоким метрологическими характеристиками и уникальными свойствами, которые обусловлены стабильностью физических явлений, лежащих в их основе. Функции преобразования квантовых измерительных преобразователей и приборов базируются на фундаментальных законах микромира и квантово-механических соотношениях. Поэтому во многих случаях в качестве коэффициентов преобразования таких средств измерений выступают фундаментальные физические константы, обычно известные с высокой точностью, или коэффициенты, поддающиеся точному теоретическому расчету. Это кроме высокой точности преобразования обеспечивает переход к абсолютным измерениям и повышение метрологической надежности средств измерений, поскольку такие средства измерения не нуждаются в градуировке и периодической поверке.
Использование физических явлений, происходящих на атомном или ядерном уровнях, т.е. в недрах атома, позволяет создать высокочувствительные средства измерений с порогом чувствительности, равным кванту энергии одной или небольшого ансамбля атомных частиц. По этой же причине метрологические характеристики квантовых приборов мало или вообще не зависят от изменений внешних факторов. При этом, чем более глубинные явления используются, тем меньше эта зависимость. Квантовые преобразователи обычно не искажают состояния объекта исследования. В качестве информативного параметра выходного сигнала квантовых средств измерений во многих случаях выступает частота, являющаяся наиболее точно измеряемой физической величиной, которую легко, без искажений можно передавать на большие расстояния. Это позволяет сделать общедоступной высокую точность измерения не только в метрологической практике, но и при технических измерениях.
Квантовые методы уже нашли применение в метрологии для создания естественных эталонов единиц ряда физических величин. На их основе уже созданы эталоны единиц длины, времени и частоты, электрического напряжения, магнитной индукции, вторичный эталон температуры. Проводятся исследования по созданию естественных эталонов единиц массы на основе уточнения значения числа Авогадро, электрического сопротивления на основе квантового эффекта Холла, силы тока на основе ядерного магнитного резонанса и др.
Совершенствование квантовых методов и их сочетание с современной элементной базой позволяют на их основе создавать не только высокоточные эталоны единиц физических величин, но также образцовые и рабочие средства измерений с уникальными характеристиками, которые не могут быть получены на основе применения классических методов. Уже созданы усилители и аналого-цифровые преобразователи с порогом чувствительности 10-14 В, тесламетра и градиентометры с порогами чувствительности соответственно 10-15 Тл-Гц-1/2 и 10-13 Тл-Гц-1/2 на основе эффекта Джозефсона, точные килоамперметры, бесконтактные расходометры и концентратометры на основе ядерного магнитного резонанса, измерители сверхмалых линейных и угловых размеров с порогами чувствительности соответственно 10-12 и 0,001`` на основе рентгеновской интерферометрии, лазерные интерферометры, обеспечивающие измерение в производственных условиях линейных размеров с погрешностью 2·10-7, концентратометры и измерители сверхмалых скоростей на основе эффекта Мессбауэра и др.
Многие квантовые методы, в частности основанные на явлениях магнитного резонанса, ядерного квадрупольного резонанса, эффекте Мессбауэра, относятся к категории резонансных, поскольку в их основе лежит резонансное взаимодействие электромагнитного излучения с системой атомных частиц. Их применение позволяет создавать высокоточные средства измерения, обладающие высокой чувствительностью, свойственной резонансным методам.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему