Für diese Untersuchung haben wir Messungen an einem piezoelektrisch angetriebenen Tisch in einem Vakuumkryostaten durchgeführt, der auf eine Temperatur von 3 Kelvin (-270 °C) gebracht worden war. Dabei ist es natürlich wichtig, dass die Sensormaterialien dieser extrem niedrigen Temperatur standhalten, aber auch, dass die Auflösung, Bandbreite und Empfindlichkeit bei diesen extremen Temperaturen reproduzierbar sind.
Zur Leistungsbewertung wurden kalibrierte Artefakte entwickelt, mit denen Empfindlichkeitsverschiebungen bei niedrigsten Temperaturen gemessen werden können. Anschließend wurde eine direkte Empfindlichkeitseinstellung in Echtzeit vorgenommen.
Resultate
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Kapazitive Sensoren können zur Messung von Objekten bei einer Temperatur von 3 K verwendet werden.
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Die Empfindlichkeit bei 3 K ändert sich um weniger als 12 % im Vergleich zur Empfindlichkeit bei Umgebungstemperatur.
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Die Empfindlichkeit kann angepasst werden, um die Empfindlichkeitsänderung bei dieser niedrigen Temperatur auszugleichen.
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Die kapazitiven Sensoren können in einer 3-K-Umgebung ausgeschaltet oder getrennt werden. Nach dem erneuten Anschließen funktionieren sie wieder normal.
Was wir messen können
In kryogenen Umgebungen können wir nun die Verschiebung von Präzisionsstufen messen, beispielsweise zum Einstellen von Optiken und Spiegeln. Darüber hinaus können wir auch die Ausrichtung oder Vibrationen von Komponenten messen, beispielsweise bei der Ausrichtung von gekoppelten optischen Fasern und Proben in einem Elektronenmikroskop.
Anwendungen
Kryogene Umgebungen werden in vielen Branchen untersucht oder genutzt. Beispiele hierfür sind die Kernphysik, die Materialforschung, die Optik oder die Entwicklung von Quantenbauelementen. Unsere Forschungen haben gezeigt, dass unsere kryognen kapazitiven Sensoren für Messungen in kryogenen Umgebungen eingesetzt werden können, wodurch sie für noch mehr verschiedene Anwendungsbereiche geeignet sind.
Anwendungen, bei denen kryogene Umgebungen zum Einsatz kommen, in denen Verdrängungsmessungen möglich sind oder bereits verwendet werden:
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- CERN-Teilchenbeschleuniger: Hier wird Kryotechnik eingesetzt, um störende Teilchen einzufrieren und Moleküle zu immobilisieren, damit sie die Messungen in diesem Teilchenbeschleuniger nicht beeinflussen.
- Optische Justierung: zum Beispiel bei der Erforschung von unterirdischen Gravitationswellendetektoren für das bekannte Einstein-Mikroskop oder mögliche Weltraumanwendungen.
- MRT: Hier werden supraleitende Magnete erzeugt, indem die Magnete auf kryogene Temperaturen gekühlt werden.
- Elektronenmikroskopie: Forschung an Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte.
- Suche nach dunkler Materie: Die Suche nach dem Teilchen, das den größten Teil des Weltraums ausfüllt.
- Quantencomputer: Nutzt kryogene Temperaturen, um ihre Qubits extrem kalt zu halten und so stabil zu halten.
Metrologie in Kryostaten
Unser besonderer Dank gilt Onnes Technologies (Leiden, NL) für die Bereitstellung ihrer kryogenen Testeinrichtungen sowie für die Weitergabe ihres umfangreichen Fachwissens über Kryostat-Umgebungen. Im Gegenzug brachten wir unser fortschrittliches Know-how in der Präzisionsmesstechnik ein und ermöglichten die quantitative Validierung ihrer Kryostat-Stufe durch Messungen mit höchster Genauigkeit. Dieser gegenseitige Wissensaustausch erwies sich als äußerst erfolgreich und führte zu einer echten Win-Win-Zusammenarbeit mit messbarem Mehrwert.
Müssen Sie Verschiebungen in kryogenen Umgebungen messen? Wir sind offen für Gespräche über die neuen Möglichkeiten, die unsere kapazitiven Sensoren für Ihre spezifische Anwendung bieten. Kontaktieren Sie uns direkt.
