我国焦耳天平方案联系磁能量差和重力势能差来建立量子质量基准,直流互感的精密测量是此方案最为关键的技术之一.针对这一难题,近几年分别提出了低频交流外推法和标准方波补偿法来精确得到互感的直流值.在分析互感频率特性的基础上分别介绍了两种方法的测量原理,并对两种方法的测量结果进行了比较,同时分析指出了两种方法可能存在的问题和相应对策.目前初步实验结果表明,两种方法的一致性达到1.1×10-6.

研究了通常用电流片模型来近似计算线圈磁场时被忽略的由于导线电流的离散而引起的附加磁场的变化规律,指出此种附加磁场会随着离开导线距离的增加而迅速衰减。此结论可用于指导精度要求较高的线圈磁场系统的设计,如用于质子回旋磁比γp′测量的高精度亥姆霍兹线圈的设计和用于普朗克常数h测量的焦耳天平系统中的精密互感线圈的设计等。

结合最近受到普遍重视的用于定义量子质量基准的焦耳天平方案,提出了一种全新的空间尺寸配比的轴对称激励线圈组结构。利用解析方法和数值计算证明通过合理配置共轴轴对称激励线圈组几何参数,当内部激励线圈和外部激励线圈的间距R与激励线圈与悬挂线圈的距离H满足R2=4/3H2,内部激励线圈、外部激励线圈、悬挂线圈匝数比满足10 000∶2 700∶430时,在焦耳天平磁场对称平面附近会形成轴向长度为2 cm的环形磁场均匀区,在该均匀区焦耳天平线圈系统互感参数具有四阶均匀性,满足互感结构参数M的准确测量要求。

测量过程中经常出现随时间漂移的因素从而引起误差.研究了一种适用于这种过程的数据处理方法,利用权函数为1的特殊正交多项式做最佳平方逼近,从而避免求解病态方程组,得到较好的处理结果.比较了Legendre多项式和Gram-Schmidt正交化构造的多项式在处理时间漂移方面的优缺点,并介绍了通过随机误差的平稳性来检验处理结果优劣.最后给出了实例说明这种方法的应用.

提出了一种精密互感测量的新方法,并且从理论上证明了利用这种方法对互感进行测量,互感的寄生电容、导线电阻、泄漏电导等寄生分布参数对最终的测量结果并不产生影响.初步的测量结果表明,利用这种新方法可以达到3.7×10-6量级的互感测量准确度.这一结果已经接近目前世界互感测量的最好水平2×10-6.