开尔文探针运行的分析与模拟

测量极小引力的实验常受到非引力的干扰，这些力既无法计算也无法单独测量。在这些杂散力中，有一种是由于存在空间变化的表面势（称为“斑块效应”）而引起的测试质量与其周围环境之间的静电吸引力。为了制造表面势变化较小的表面，必须能够对其进行测量。开尔文探针 (KP) 利用样品与带有偏置背电位的振动尖端之间随时间变化的电容来测量接触电位差 (CPD)。假设尖端保持不变，这测量的是样品的表面势变化。我们从噪声存在下的参数估计角度考察了 KP 的运行。我们表明，当从两个不同背电位的测量值中估计 CPD 时，最优估计的标准差取决于总观测时间。此外，观测时间可以在两个背电位之间不均匀分配，前提是相应地设置这些电位的值。我们模拟了一个两阶段 KP 数据分析，包括一个有利于实时运行的次优估计器。基于实时版本，我们提出了一种稳定尖端与样品平均距离的新方法。我们还展示了一系列协方差分析的结果，这些结果验证并限定了次优估计器的适用范围，将其与最优估计器的结果进行了比较，并为用户提供了指导。我们讨论了 KP 在 LISA 以及弱等效原理测试中的应用。