本技術(shù)涉及量子電壓合成的溫度控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種量子電壓合成用溫度控制方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、在量子電壓測量領(lǐng)域，超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)陣芯片的量子效應(yīng)電學(xué)表征與結(jié)陣表面溫度密切相關(guān)，在進(jìn)行基于約瑟夫森效應(yīng)的量子電壓波形合成研究時(shí)，需確保約瑟夫森結(jié)陣處于超導(dǎo)態(tài)下工作。研究表明，約瑟夫森結(jié)陣的最佳工作溫度區(qū)間約為3.8k-4.5k。約瑟夫森結(jié)對i-v特性較為敏感，受溫度變化較大影響，這種溫度變化會(huì)減小量子電壓合成裕度，瞬態(tài)的大幅度溫差甚至?xí)p壞約瑟夫森結(jié)陣芯片，因此對溫度的穩(wěn)定性有很嚴(yán)格的要求。

2、目前中國計(jì)量科學(xué)院研究院的量子電壓合成系統(tǒng)的溫度控制裝置基本是采用商業(yè)產(chǎn)品，其設(shè)備昂貴且維修周期長，不能滿足量子電壓系統(tǒng)對多通道、高穩(wěn)定溫度控制的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)的目的在于提供一種量子電壓合成用溫度控制方法和裝置，保證了量子電壓合成系統(tǒng)中的環(huán)境溫度的穩(wěn)定性以及進(jìn)行波形合成的效率。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供的一種量子電壓合成用溫度控制方法，應(yīng)用于量子電壓合成系統(tǒng)中的溫度控制裝置，所述溫度控制裝置包括低溫傳感器、微處理器、壓控恒流源、加熱元件、驅(qū)動(dòng)電流源，所述量子電壓合成系統(tǒng)的恒溫器包括二級(jí)冷頭，所述溫度控制方法包括：

3、低溫傳感器在驅(qū)動(dòng)電流源的驅(qū)動(dòng)下對恒溫器二級(jí)冷頭的溫度進(jìn)行采集得到電信號(hào)，所述電信號(hào)發(fā)送至微處理器；

4、微處理器基于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度信號(hào)；

5、微處理器確定實(shí)際溫度信號(hào)與預(yù)置的目標(biāo)溫度信號(hào)之間的修正電壓并發(fā)送至壓控恒流源；所述目標(biāo)溫度信號(hào)對應(yīng)為恒溫器的目標(biāo)溫度；所述目標(biāo)溫度基于微處理器進(jìn)行劃分得到目標(biāo)溫度信號(hào)所對應(yīng)的溫度區(qū)間；不同的溫度區(qū)間采用不同的溫度控制函數(shù)進(jìn)行控溫；

6、所述壓控恒流源基于接收到的修正電壓驅(qū)動(dòng)加熱元件，所述加熱元件在微處理器通過溫度控制函數(shù)的控制下為恒溫器進(jìn)行加熱，以使恒溫器的溫度和目標(biāo)溫度匹配。

7、結(jié)合第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述溫度控制裝置還包括多通道切換電路；所述多通道切換電路包括通道一、通道二，所述量子電壓合成系統(tǒng)中的恒溫器的數(shù)目為多個(gè)；所述與恒溫器對應(yīng)的低溫傳感器的數(shù)目也為多個(gè)；低溫傳感器經(jīng)多通道切換電路連接微處理器；

8、低溫傳感器在驅(qū)動(dòng)電流源的驅(qū)動(dòng)下對恒溫器二級(jí)冷頭的溫度進(jìn)行采集得到電信號(hào)，包括：

9、微處理器在接收到通道一傳輸?shù)牡谝坏蜏貍鞲衅鞑杉碾娦盘?hào)后，輸出切換信號(hào)至多通道切換電路；

10、多通道切換電路基于切換信號(hào)進(jìn)行切換，以使多通道切換電路中連接的通道一切換至通道二；

11、所述第二低溫傳感器采集第二待恒溫器二級(jí)冷頭的溫度，得到對應(yīng)的電信號(hào)經(jīng)連接的通道二傳輸至微處理器。

12、結(jié)合第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述溫度控制裝置的微處理器還包括外圍電路，所述外圍電路包括信號(hào)放大電路、低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述信號(hào)放大電路經(jīng)低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至微處理器；

13、所述電信號(hào)發(fā)送至微處理器，包括：

14、基于信號(hào)放大電路和低通濾波器對電信號(hào)分別進(jìn)行放大和低通濾波，將放大和低通濾波后的電信號(hào)傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

15、基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以與微處理器適配，并發(fā)送轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)至微處理器。

16、結(jié)合第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述微處理器確定實(shí)際溫度信號(hào)與預(yù)置的目標(biāo)溫度信號(hào)之間的修正電壓并發(fā)送至壓控恒流源；包括：

17、微處理器調(diào)用轉(zhuǎn)換得到的實(shí)際溫度信號(hào)；

18、微處理器基于目標(biāo)溫度信號(hào)與實(shí)際溫度信號(hào)之間的偏差得到修正電壓。

19、結(jié)合第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述微處理器基于目標(biāo)溫度與實(shí)際溫度信號(hào)之間的偏差得到修正電壓，包括：

20、微處理器計(jì)算目標(biāo)溫度信號(hào)與實(shí)際溫度信號(hào)之間的偏差；

21、微處理器基于所述偏差通過前饋控制算法和分段pid算法得到偏差對應(yīng)的修正電壓。

22、結(jié)合第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，其中，所述溫度控制裝置還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接壓控恒流源和微處理器；

23、所述壓控恒流源在微處理器通過溫度控制函數(shù)的控制下，基于接收到的修正電壓驅(qū)動(dòng)加熱元件為恒溫器進(jìn)行加熱，包括：

24、基于數(shù)模轉(zhuǎn)換器將修正電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換以使修正電壓與壓控恒流源適配；

25、壓控恒流源基于轉(zhuǎn)換后的修正電壓輸出修正電流以啟動(dòng)加熱元件。

26、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供的一種量子電壓合成用溫度控制裝置，應(yīng)用于量子電壓合成系統(tǒng)，所述溫度控制裝置包括低溫傳感器、微處理器、壓控恒流源、加熱元件；包括：

27、低溫傳感器，用于對恒溫器二級(jí)冷頭的溫度進(jìn)行采集得到電信號(hào)，所述電信號(hào)發(fā)送至微處理器；

28、微處理器，用于微處理器基于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度信號(hào)；

29、壓控恒流源，用于微處理器確定實(shí)際溫度信號(hào)與預(yù)置的目標(biāo)溫度信號(hào)之間的修正電壓并發(fā)送至壓控恒流源；所述目標(biāo)溫度信號(hào)對應(yīng)為恒溫器的目標(biāo)溫度；所述目標(biāo)溫度基于微處理器進(jìn)行劃分得到目標(biāo)溫度信號(hào)所對應(yīng)的溫度區(qū)間；不同的溫度區(qū)間采用不同的溫度控制函數(shù)進(jìn)行控溫；

30、加熱元件，用于所述壓控恒流源基于接收到的修正電壓驅(qū)動(dòng)加熱元件，所述加熱元件在微處理器通過溫度控制函數(shù)的控制下為恒溫器進(jìn)行加熱，以使恒溫器的溫度和目標(biāo)溫度匹配。

31、結(jié)合第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，所述溫度控制裝置還包括多通道切換電路；所述多通道切換電路包括通道一、通道二，所述量子電壓合成系統(tǒng)中的恒溫器的數(shù)目為多個(gè)；所述與恒溫器對應(yīng)的低溫傳感器的數(shù)目也為多個(gè)；低溫傳感器經(jīng)多通道切換電路連接微處理器；

32、低溫傳感器在驅(qū)動(dòng)電流源的驅(qū)動(dòng)下對恒溫器二級(jí)冷頭的溫度進(jìn)行采集得到電信號(hào)，包括：

33、輸出模塊，用于微處理器在接收到通道一傳輸?shù)牡谝坏蜏貍鞲衅鞑杉降碾娦盘?hào)后，輸出切換信號(hào)至多通道切換電路；

34、切換模塊，用于多通道切換電路基于切換信號(hào)進(jìn)行切換，以使多通道切換電路中連接的通道一切換至通道二；

35、測溫模塊，用于所述第二低溫傳感器采集第二待恒溫器二級(jí)冷頭的溫度，得到對應(yīng)的電信號(hào)以經(jīng)連接的通道二傳輸至微處理器。

36、結(jié)合第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，所述溫度控制裝置還包括外圍電路，所述外圍電路包括信號(hào)放大電路、低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述外圍電路分別連接微處理器和低溫傳感器，所述信號(hào)放大電路經(jīng)低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至微處理器，包括：

37、處理模塊，用于基于信號(hào)放大電路和低通濾波器對電信號(hào)分別進(jìn)行放大和低通濾波，將放大和低通濾波后的電信號(hào)傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

38、轉(zhuǎn)換模塊，用于基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以與微處理器適配，并發(fā)送轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)至微處理器。

39、結(jié)合第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了第二方面的第三種可能的實(shí)施方式，所述溫度控制裝置還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接壓控恒流源和微處理器；包括：

40、適配模塊，用于基于數(shù)模轉(zhuǎn)換器將修正電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換以使修正電壓與壓控恒流源適配；

41、啟動(dòng)模塊，用于壓控恒流源基于轉(zhuǎn)換后的修正電壓輸出修正電流以啟動(dòng)加熱元件。

42、本發(fā)明提供的量子電壓合成用溫度控制方法，應(yīng)用于量子電壓合成系統(tǒng)中的溫度控制裝置，所述溫度控制裝置包括低溫傳感器、微處理器、壓控恒流源、加熱元件、驅(qū)動(dòng)電流源，所述量子電壓合成系統(tǒng)的恒溫器包括二級(jí)冷頭，所述溫度控制方法首先使低溫傳感器在驅(qū)動(dòng)電流源的驅(qū)動(dòng)下對恒溫器二級(jí)冷頭的溫度進(jìn)行采集得到電信號(hào)，所述電信號(hào)發(fā)送至微處理器；其次微處理器基于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度信號(hào)；然后微處理器確定實(shí)際溫度信號(hào)與預(yù)置的目標(biāo)溫度信號(hào)之間的修正電壓并發(fā)送至壓控恒流源；所述目標(biāo)溫度信號(hào)對應(yīng)為恒溫器的目標(biāo)溫度；所述目標(biāo)溫度基于微處理器進(jìn)行劃分得到目標(biāo)溫度信號(hào)所對應(yīng)的溫度區(qū)間；不同的溫度區(qū)間采用對應(yīng)不同的溫度控制函數(shù)進(jìn)行控溫；最后，所述壓控恒流源基于接收到的修正電壓驅(qū)動(dòng)加熱元件，所述加熱元件在微處理器通過溫度控制函數(shù)的控制下為恒溫器進(jìn)行加熱，以使恒溫器的溫度和目標(biāo)溫度匹配，從而保證了量子電壓合成系統(tǒng)的恒溫器的溫度恒定，并基于多通道切換電路實(shí)現(xiàn)了對多路恒溫器進(jìn)行溫度測量，保證了通過量子電壓合成系統(tǒng)進(jìn)行波形合成的效率，更加符合溫差波動(dòng)小于40mk的要求。