يوفر الطراز M81-SSM من شركة Lake Shore Cryotronics مصدرًا وقياسًا للتيار المستمر والتيار المتردد والقفل.
يمكن أن تصبح أنظمة القياس اليوم معقدة للغاية وبسرعة كبيرة. غالبًا ما يضطر العلماء الذين يعملون في أحدث الأبحاث إلى تجميع الأدوات من عدد من الموردين المختلفين. وهذا يمثل مشكلة لأن أنظمة البائعين المختلطين قد يكون من الصعب تشغيلها، وقد يؤدي ذلك إلى الإضرار بشكل خطير بدقة وتكرار القياسات التي يتم إجراؤها.
وقد عالجت شركة Lake Shore Cryotronics هذه الشكوك من خلال نظام MeasureReady M81-SSM (المصدر والقياس المتزامن)، والذي يسمح بتشغيل ما يصل إلى ثلاثة مصادر وثلاث وحدات قياس في وقت واحد بواسطة أداة تحكم مركزية واحدة. يستخدم M81-SSM تقنية MeasureSync الخاصة بشركة Lake Shore لضمان تحديث جميع وحدات المصدر والقياس المتصلة بشكل متزامن وأخذ عينات منها بشكل جيد خلال +/- 10 نانوثانية من بعضها البعض بمعدل أخذ عينات يبلغ 375 كيلو هرتز.
يوضح تشاك سيمينو، وهو كبير مديري المنتجات في شركة Lake Shore: "لقد قمنا عمدا بوضع المصدر المتزامن وإمكانات القياس معًا". "يتيح هذا أيضًا استخدام مرجع الدقة المشترك للعينة التي يتم تمييزها ويضمن الحد الأدنى من أداء الضوضاء باستمرار."
يقع المقر الرئيسي للشركة في ويسترفيل، أوهايو، وتقوم بتطوير حلول القياس والتحكم منذ 56 عامًا. ويضيف: "لقد حصلنا على العديد من التقنيات الحاصلة على براءة اختراع في M81-SSM التي تتيح إلى حد كبير مزامنة فائقة، ومصادر وقياسات مختلطة للتيار المستمر والتيار المتردد، وتغيير نطاق قياس الجهد بشكل أكثر سلاسة/أسرع".
يوجد في قلب M81-SSM أداة تحكم تدعم حاليًا أربعة أنواع مختلفة من وحدات المصدر والقياس: وحدة مصدر الجهد الثابت؛ وحدة مصدر تيار ثابت متوازن أو تفاضلي؛ وحدة قياس جهد معاوقة الإدخال أكبر من 1 TΩ؛ ووحدة قياس التيار من نوع الجهد بدون إزاحة صفرية مع انحياز تيار مستمر قابل للبرمجة. يقول Cimino أنه يتم تطوير المزيد من الوحدات النمطية الخاصة بالتطبيقات لتوسيع قدرات النظام.
عملية منخفضة الضوضاء للغاية
تحتوي جميع وحدات M81-SSM على إلكترونيات مضخم خطي يتم تشغيلها بواسطة مصادر طاقة خطية معزولة للغاية. يقول Cimino إن النتيجة هي تشغيل منخفض الضوضاء للغاية يتجاوز العديد من أفضل أدوات القياس والمصدر أحادية الصندوق التقليدية، بما في ذلك عدد من مكبرات الصوت المقفلة شائعة الاستخدام.
تم تصميم M81-SSM منذ البداية لتغطية أوسع نطاق ممكن من تطبيقات توصيف الجهد مقابل التيار بأقل ضوضاء ممكنة وأسرع تكوين وإعداد لقياس العينات في بيئات التجارب الميدانية المبردة و/أو العالية. تتمتع Lake Shore بخبرة واسعة في توصيف المواد والأجهزة في هذه البيئات القاسية وغيرها، كما استفادت بشكل كامل من تقنيات تكييف الإشارة وقياسها، بالإضافة إلى خبرة علماء التطبيقات بالشركة، في تصميم M81-SSM.
إن قدرة الإشارة منخفضة الطاقة ومنخفضة الضوضاء تجعل جهاز M81-SSM مفيدًا جدًا لقياس تأثيرات المجال المغناطيسي باستخدام هياكل شريط Hall المختلفة وأجهزة استشعار المجال المغناطيسي. تُستخدم هذه الأجهزة في عدد من التطبيقات، بما في ذلك تجارب النقل الدوراني ودراسة المواد فائقة التوصيل عند درجات الحرارة المبردة. بالإضافة إلى إجراء قياسات في درجات حرارة منخفضة للغاية مع تقليل التسخين الذاتي، يمكن لجهاز M81-SSM أيضًا تحديد خصائص المواد الموجودة في الغرفة والبيئات شديدة الحرارة، مع تجنب الإزاحات الحرارية عبر مصدر التيار المتردد مع اكتشاف القفل.
يمكن إجراء قياسات شريط القاعة، والتي تُستخدم لإجراء قياسات دقيقة جدًا للمقاومة الكهربائية للعينة، بشكل فعال للغاية باستخدام مجموعة وحدة قياس الجهد ومصدر التيار التفاضلي M81-SSM. تستفيد تطبيقات قياس المقاومة العامة بأربعة أسلاك أيضًا من هذه الوحدات المتصلة التفاضلية بالكامل منخفضة الضوضاء ومنخفضة الطاقة.
إن الطبيعة المعيارية لـ M81-SSM وقدرة الوحدات على التبديل بسهولة بين أوضاع التيار المتردد (حتى 100 كيلو هرتز) والتيار المستمر وكشف القفل تمنح المستخدمين مرونة كبيرة في أنواع القياسات التي يمكن إجراؤها دون التبديل بين أو تعديل الأجهزة المخصصة للتيار المستمر والتيار المتردد فقط. وتعني هذه النمطية والمرونة أيضًا أنه يمكن استخدام M81-SSM لاختبار أجهزة متعددة في ظل ظروف مماثلة لتقديم نتائج متسقة.
يمكن لوحدة قياس الجهد VM-10 اكتشاف الإشارات من نطاق النانوفولت المنخفض حتى 10 فولت. وهي تعمل من تيار مستمر حتى 100 كيلو هرتز ويمكنها اكتشاف السعة والطور والتوافقيات. يمكن لوحدة قياس التيار CM-10 اكتشاف التيارات في نطاق الفيمتو أمبير إلى 100 مللي أمبير. يمكن إجراء القياسات الحالية من DC إلى 100 كيلو هرتز وتشمل السعة والطور والكشف التوافقي.
وحدة مصدر التيار المتوازن BCS-10 قابلة للبرمجة من 100 مللي أمبير إلى 100 مللي أمبير من التيار المستمر إلى خرج جيبي 100 كيلو هرتز، بينما توفر وحدة مصدر الجهد VS-10 جهودًا قابلة للبرمجة من 1 ميكروفولت تيار مستمر/100 فولت تيار متردد حتى ± 10 فولت مع تيار مستمر إلى 100 كيلو هرتز الناتج الجيبية.
توفر أداة التحكم مجموعة من وسائل الاتصال الرقمية بما في ذلك USB وGPIB وEthernet بالإضافة إلى التواصل مع المصادر أو أجهزة الكشف المرجعية الخارجية. وحدة التحكم والوحدات عبارة عن أدوات مدمجة يمكن وضعها على الرف.
التزامن والتكامل
بفضل الدرجة العالية من التزامن والتكامل بين إمكانيات تحديد المصادر والقياس، يمكن لجهاز M81-SSM تقليل عدد الأدوات المنفصلة، في كثير من الحالات، إلى نظام M81-SSM فقط، المطلوب لإجراء قياسات دقيقة. كما يقلل هذا المستوى من التكامل من عدد وطول الكابلات المستخدمة عادةً لتوصيل المصادر المنفصلة وأدوات القياس والعينات. يتجنب هذا التكامل إدخال التأثيرات الطفيلية - مثل التسرب والضوضاء والمقاومة والمفاعلة - وكلها يمكن أن تؤدي إلى تدهور القياسات بشكل كبير.
يتم توصيل الوحدات البعيدة بالجهاز الرئيسي عبر كابلات طاقة وإشارة قياسية مقاومة للضوضاء بطول 2 متر، والتي يمكن تمديدها اختياريًا إلى إجمالي 6 أمتار بين الجهاز وأي وحدة واحدة. وهذا يعني أنه يمكن وضع الوحدات قريبًا جدًا من مكان إجراء القياسات، كما هو الحال في محطة التحقيق المبردة. يقول سيمينو: "إن الهدف في القياسات منخفضة المستوى هو تقليل طول كابلات مستوى الإشارة". "باستخدام M81-SSM، يمكنك وضع وحدات مكبر الصوت بجوار العينة مباشرةً إذا رغبت في ذلك."
تعني الطبيعة النمطية للنظام أنه يمكن إنشاء مجموعة واسعة من التكوينات بمجرد تبديل الوحدات المتصلة. وهذا يجعل M81-SSM نظامًا مرنًا للغاية ويمكن التنبؤ بأدائه بشكل أكبر من الإعدادات المبنية من عدة أدوات وأدوات منفصلة من بائعين مختلفين. علاوة على ذلك، يتم دعم النظام بأكمله من قبل مورد واحد، مما يجعل خدمة العملاء والمساعدة الفنية أكثر بساطة وانسيابية.
يستخدم M81-SSM نظامًا تناظريًا حاصل على براءة اختراع لنقل الإشارات بين وحدة التحكم ووحداتها. يوضح سيمينو أن هذا يبقي الدوائر الرقمية المزعجة بعيدة عن الدوائر التناظرية الحساسة في الوحدات. وهذا أيضًا يقلل من الأخطاء الأرضية ويضمن التزامن الدقيق لجميع الوحدات.
ADCs وDACs مخصصة
يتم ترقيم الإشارات الواردة من ما يصل إلى ثلاث وحدات قياس متصلة في وحدة التحكم بواسطة محولات تناظرية إلى رقمية (ADC) مخصصة. يتم تحديد إشارات الإخراج من ما يصل إلى ثلاث وحدات مصدر بواسطة وحدة التحكم بواسطة محولات رقمية إلى تناظرية مخصصة (DACs).
يتم تشغيل ADCs وDACs من خلال الحافة الصاعدة لإشارة ساعة MeasureSync المشتركة. MeasureSync هو نظام مزامنة الإشارة الذي ينتظر الحصول على براءة اختراع من Lake Shore والذي يستخدم إشارة ساعة مشتركة تبلغ 375 كيلو هرتز لتحديث وقراءة جميع الوحدات - مما يتيح أخذ عينات البيانات بشكل مستمر على كل قناة متصلة بدلاً من البدائل النموذجية متعددة القنوات المتعددة الإرسال.
أثناء الفجوات بين حواف ساعة أخذ العينات، تتم قراءة بيانات ADC بواسطة وحدة التحكم، ويتم ضبط DACs لتوفير قيم الإخراج التالية. والنتيجة هي المزامنة الكاملة وأخذ العينات المستمر لما يصل إلى ست قنوات مكبر للصوت متصلة - مما يعني أنه يمكن إجراء العديد من القياسات المتزامنة بالتوازي. يمكن ضبط كل قناة لإجراء قياسات التيار المتردد أو التيار المستمر أو القفل. يتم الحصول على العينات الأولية ومعالجتها بمعدل 375 كيلو عينة في الثانية (kSa/s) ويتم إرسال القياسات المكتملة عبر شبكة LAN أو USB أو GPIB إلى جهاز كمبيوتر مضيف بمعدل يصل إلى 5 آلاف سجل في الثانية أو بمعدل إجمالي لثلاث قنوات قياس بقياسات 3 ألف في الثانية ثانية.
تعني هذه الدرجة العالية من التزامن بين المصدر والقياس أنه يمكن استخدام M81-SSM لإجراء قياسات القفل التي يمكنها استخراج إشارات ضعيفة جدًا من الخلفيات المزعجة. يعد هذا فائدة كبيرة للمستخدمين نظرًا لأن قياسات القفل تتم عادةً باستخدام أداة مضخم قفل مخصصة لقياسات التيار المتردد فقط.
قفل بلمسة زر واحدة
يقول سيمينو: "لقد أوضحت لبعض العملاء المهتمين القدرات الرئيسية لـ M81-SSM وسألوا 'أين يوجد مضخم الصوت المقفل إذن؟'". "في البداية، يرون فقط الوحدات المدمجة وعناصر التحكم، ويجب أن أشرح أن القفل يتم تنفيذه رقميًا. "إنها عملية قفل بلمسة زر واحدة" هي الاستجابة الحماسية التي تلقيتها من العديد من المستخدمين المحتملين."
يضيف Cimino أن المبتدئين والخبراء على حد سواء يقدرون مدى بساطة وبديهية تكوين Lake Shore لواجهة المستخدم. في نهاية الطيف من المستخدمين الخبراء، يقول Cimino أن "أحد مستخدمي M81-SSM قد اعتمد برنامج تشغيل Python الخاص بنا كمعيار تشغيل مجموعته عبر جميع أجهزته. لقد أعجبته الطريقة التي استخلصنا بها عناصر التحكم M81-SSM في برنامج تشغيل Python الخاص بنا."
يقول سيمينو: "أو إذا كنت لا ترغب في البرمجة على الإطلاق، فإن برنامج MeasureLINK الخاص بنا يسمح لك فقط بسحب وإسقاط أوامر المصدر والقياس عالية المستوى لتدفق البيانات أو إجراء اختبارات طويلة الأمد". "إذا كنت ترغب في التعامل مع المجال المغناطيسي أو درجة حرارة العينة أثناء إجراء القياسات الكهربائية، فيمكنك القيام بذلك دون أي برمجة."
ويصف Cimino واجهة مستخدم M81-SSM بأنها "قابلة للاكتشاف" وأن أي مستخدم للهاتف الذكي (أي "الجميع") سيكون مرتاحًا عند استخدامها. ويوضح قائلاً: "يتم تمثيل كل وحدة في الواجهة، وعندما تنقر على وحدة، ترى لوحة أمامية افتراضية لتلك الأداة". تتوافق الإعدادات الافتراضية على الواجهة مع القياسات الأكثر شيوعًا، ولكن يمكن للمستخدمين أيضًا التنقل بسهولة في الواجهة للتحكم في M81-SSM بطريقة تتوافق مع مستوى مهاراتهم ومتطلبات القياس. وبالنسبة للمستخدمين المبتدئين والخبراء على حد سواء، توفر Lake Shore الدعم من فريقها من مهندسي التطبيقات على مستوى الدكتوراه.
"إن M81-SSM هو نتيجة خمس سنوات من العمل الشاق الذي قامت به فرق الهندسة والتطبيقات في Lake Shore،" كما يقول Cimino، مضيفًا أن الاستجابات الإيجابية من مجتمع المستخدمين تشير إلى أنه كان يستحق كل هذا الجهد.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/