Lake Shore Cryotronics' M81-SSM tilbyder DC, AC og lock-in kilde og måling.
Nutidens målesystemer kan meget hurtigt blive meget komplicerede. Forskere, der arbejder på forkant med forskning, vil ofte skulle flette instrumenter sammen fra en række forskellige leverandører. Dette er problematisk, fordi blandede leverandørsystemer kan være vanskelige at betjene, og dette kan alvorligt kompromittere nøjagtigheden og repeterbarheden af de målinger, der foretages.
Lake Shore Cryotronics har adresseret disse usikkerheder med deres MeasureReady M81-SSM (Synchronous Source and Measure) system, som gør det muligt at betjene op til tre kilde og tre målemoduler samtidigt af et enkelt centralt kontrolinstrument. M81-SSM bruger Lake Shores proprietære MeasureSync-teknologi til at sikre, at alle tilsluttede kilde- og målemoduler opdateres synkront og samples godt inden for +/-10 ns fra hinanden ved en samplingshastighed på 375 kHz.
"Vi har bevidst sat synkrone kilde- og målefunktioner sammen," forklarer Chuck Cimino, der er senior produktchef ved Lake Shore. "Dette muliggør også brug af en fælles nøjagtighedsreference til prøven, der karakteriseres, og sikrer konsekvent minimal støjydelse."
Virksomheden har hovedkontor i Westerville, Ohio og har udviklet måle- og kontrolløsninger i 56 år. "Vi har flere patenterede teknologier i M81-SSM, der i høj grad muliggør overlegen synkronisering, blandet DC- og AC-kilde og måling og jævnere/hurtigere ændring af spændingsmålingsområde," tilføjer han.
I hjertet af M81-SSM er et kontrolinstrument, der i øjeblikket understøtter fire forskellige typer kilde- og målemoduler: et kildemodul med konstant spænding; et balanceret eller differentielt konstant strømkildemodul; et mere end 1 TΩ indgangsimpedansspændingsmålingsmodul; og et nul-offset spændingstype strømmålingsmodul med programmerbar DC bias indbygget. Cimino siger, at der udvikles flere applikationsspecifikke typemoduler for at udvide systemets muligheder.
Ekstremt støjsvag drift
Alle M81-SSM-moduler indeholder lineær forstærkerelektronik, der drives af stærkt isolerede lineære strømforsyninger. Cimino siger, at resultatet er ekstremt støjsvag drift, der overstiger mange af de bedste konventionelt byggede single-box kilde- og måleinstrumenter, inklusive en række almindeligt anvendte lock-in forstærkere.
M81-SSM blev designet fra starten til at dække det bredest mulige udvalg af spændings- versus strømkarakteriseringsapplikationer med lavest mulig støj og hurtigste konfiguration og opsætning til måling af prøver i kryogeniske og/eller højfeltseksperimentmiljøer. Lake Shore har stor erfaring med at karakterisere materialer og enheder i disse og andre ekstreme miljøer og har også fuldt ud udnyttet proprietære signalbehandlings- og måleteknologier, såvel som virksomhedens applikationsforskeres ekspertise, i designet af M81-SSM.
Denne signalkapacitet med lav effekt og lavt støj gør M81-SSM meget nyttig til måling af magnetfelteffekter ved hjælp af forskellige Hall bar-strukturer og magnetfeltsensorer. Disse enheder bruges i en række applikationer, herunder spintransporteksperimenter og studiet af superledende materialer ved kryogene temperaturer. Udover at foretage målinger ved meget lave temperaturer og samtidig minimere selvopvarmning, kan M81-SSM også karakterisere materialer i rum og miljøer med meget høje temperaturer, og undgå termiske forskydninger via AC-forsyning med lock-in-detektion.
Hall bar-målinger, som bruges til at lave meget præcise målinger af en prøves elektriske modstand, kan udføres meget effektivt ved at bruge M81-SSM's differensstrømkilde og spændingsmålingsmodulkombination. Generelle applikationer til måling af modstandsmodstand med fire ledere drager også fordel af disse støjsvage, laveffekts fuldt differentialforbundne moduler.
Den modulære karakter af M81-SSM og modulernes evne til nemt at skifte mellem AC (op til 100 kHz), DC og lock-in detektionstilstande giver brugerne stor fleksibilitet i de typer målinger, der kan udføres uden at skifte mellem eller ændring af dedikeret DC- og AC-instrumentering. Denne modularitet og fleksibilitet betyder også, at M81-SSM kan bruges til at teste flere enheder under identiske forhold for at levere ensartede resultater.
VM-10 spændingsmålingsmodulet kan detektere signaler fra det lave nanovoltområde op til 10 V. Det fungerer fra DC op til 100 kHz og kan detektere amplitude, fase og harmoniske. CM-10 strømmålingsmodulet kan detektere strømme i femtoampere til 100 mA-området. Strømmålinger kan udføres fra DC til 100 kHz og omfatter amplitude-, fase- og harmonisk detektion.
BCS-10 balanceret strømkildemodul kan programmeres fra 100 fA til 100 mA fra DC til 100 kHz sinusformet udgang, mens VS-10 spændingskildemodulet giver programmerbare spændinger fra 1 µV DC/100 nV AC op til ± 10 V med DC til 100 kHz sinusformet udgang.
Controllerinstrumentet tilbyder en række digitale tilslutningsmuligheder, herunder USB, GPIB og Ethernet samt interface med eksterne referencekilder eller detektorer. Controlleren og modulerne er kompakte bordinstrumenter, der også kan rackmonteres.
Synkronisering og integration
Takket være sin høje grad af synkronisering og integration af sourcing- og målefunktioner kan M81-SSM reducere antallet af separate instrumenter, i mange tilfælde til kun M81-SSM-systemet, der kræves for at foretage præcisionsmålinger. Dette integrationsniveau minimerer også antallet og længden af kabler, der typisk bruges til at forbinde separate kilder, måleinstrumenter og prøver. Denne integration undgår introduktionen af parasitiske effekter - såsom lækage, støj, modstand og reaktans - som alle kan forringe målinger betydeligt.
Fjernmodulerne er forbundet til hovedinstrumentet via standard 2 m støj-immun strøm- og signalkabler, som valgfrit kan forlænges til 6 m i alt mellem instrument og et hvilket som helst modul. Det betyder, at modulerne kan placeres meget tæt på, hvor målingerne foretages, fx i en kryogen sondestation. "Navnet på spillet i lavniveaumålinger er at minimere længden af signalniveaukabler," siger Cimino. "Med M81-SSM kan du placere forstærkermodulerne lige ved siden af prøven, hvis det ønskes."
Systemets modulære karakter betyder, at en bred vifte af konfigurationer kan skabes ved blot at udskifte tilsluttede moduler. Dette gør M81-SSM til et ekstremt fleksibelt system, og dets ydeevne er mere forudsigelig end opsætninger bygget af flere separate instrumenter og instrumenter fra forskellige leverandører. Desuden understøttes hele systemet af én leverandør, hvilket gør kundeservice og teknisk assistance enklere og mere strømlinet.
M81-SSM bruger et patenteret analogt system til at transmittere signaler mellem controlleren og dens moduler. Cimino forklarer, at dette holder støjende digitale kredsløb langt væk fra de følsomme analoge kredsløb i modulerne. Dette minimerer også jordfejl og sikrer en tæt synkronisering af alle moduler.
Dedikerede ADC'er og DAC'er
Signaler fra op til tre tilsluttede målemoduler digitaliseres i controlleren af dedikerede analog-til-digital (ADC) konvertere. Udgangssignaler fra op til tre kildemoduler defineres af controlleren af dedikerede digital-til-analog-konvertere (DAC'er).
ADC'erne og DAC'erne udløses af den stigende flanke af et delt MeasureSync-kloksignal. MeasureSync er Lake Shores patentanmeldte signalsynkroniseringssystem, der bruger et fælles 375 kHz clock-signal til at opdatere og læse alle moduler – hvilket muliggør kontinuerlig datasampling på hver tilsluttet kanal i stedet for de typiske multipleksede multi-kanal alternativer.
Under hullerne mellem sampling af klokkanter læses ADC-data af controlleren, og DAC'erne indstilles til at give de næste outputværdier. Resultatet er fuldstændig synkronisering og kontinuerlig sampling af op til seks tilsluttede forstærkerkanaler – hvilket betyder, at flere synkroniserede målinger kan udføres parallelt. Hver kanal kan indstilles til at udføre AC, DC eller lock-in målinger. Råprøver optages og behandles med 375 kilosamples pr. sekund (kSa/s), og gennemførte målinger overføres via LAN, USB eller GPIB til en værts-pc med op til 5k records pr. sekund eller en samlet hastighed for 3 målekanaler på 15k målinger pr. anden.
Denne høje grad af synkronisering mellem kilde og måling betyder, at M81-SSM kan bruges til at lave lock-in målinger, der kan udtrække meget svage signaler fra støjende baggrunde. Dette er en væsentlig fordel for brugerne, fordi indlåsningsmålinger normalt udføres ved hjælp af et dedikeret indlåst forstærkerinstrument, der kun er beregnet til AC-målinger.
Lås ind med et tryk på en knap
"Jeg har demonstreret for nogle interesserede kunder M81-SSM-hovedegenskaberne, og de spørger 'så hvor er den indlåste forstærker?'," siger Cimino. ”I første omgang ser de bare de kompakte moduler og controller-elementer, og jeg skal forklare, at indlåsningen er implementeret digitalt. "Det er en låsning ved et tryk på en knap" er den entusiastiske respons, jeg fik fra flere potentielle brugere."
Cimino tilføjer, at både nybegyndere og eksperter sætter pris på, hvor enkelt og intuitivt Lake Shore har konfigureret brugergrænsefladen. I ekspertbrugerens ende af spektret siger Cimino, at "én M81-SSM-bruger har adopteret vores Python-driver som sin gruppes driverstandard på tværs af alt sit udstyr. Han kunne bare lide den måde, vi abstraherede M81-SSM-kontrollerne på i vores Python-driver."
"Eller hvis du slet ikke vil programmere, giver vores MeasureLINK-software dig mulighed for bare at trække og slippe kilde- og målekommandoer på højt niveau for at streame data eller udføre langtidstest," siger Cimino. "Hvis du vil manipulere et magnetfelt eller en prøvetemperatur, mens du laver elektriske målinger, kan du gøre det uden programmering."
Cimino beskriver M81-SSM's brugergrænseflade som "opdagelig", og at enhver smartphonebruger (dvs. "alle") ville være tryg ved at bruge den. "Hvert modul er repræsenteret i grænsefladen, og når du klikker på et modul, ser du et virtuelt frontpanel for det instrument," forklarer han. Standardindstillingerne på grænsefladen svarer til de mest almindelige målinger, men brugere kan også nemt navigere i grænsefladen for at styre M81-SSM på en måde, der matcher deres færdighedsniveau og målekrav. Og for både nybegyndere og ekspertbrugere giver Lake Shore support fra sit team af applikationsingeniører på PhD-niveau.
"M81-SSM er resultatet af fem års virkelig hårdt arbejde fra Lake Shores ingeniør- og applikationsteam," siger Cimino og tilføjer, at positive svar fra brugerfællesskabet tyder på, at det var besværet værd.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/