Το M81-SSM της Lake Shore Cryotronics προσφέρει πηγή και μέτρηση συνεχούς ρεύματος, εναλλασσόμενου ρεύματος και κλειδώματος.
Τα σημερινά συστήματα μέτρησης μπορούν να γίνουν πολύ περίπλοκα πολύ γρήγορα. Οι επιστήμονες που εργάζονται στην αιχμή της έρευνας θα πρέπει συχνά να συνδυάζουν όργανα από διάφορους προμηθευτές. Αυτό είναι προβληματικό επειδή τα συστήματα μικτού προμηθευτή μπορεί να είναι δύσκολο να λειτουργήσουν και αυτό μπορεί να θέσει σε σοβαρό κίνδυνο την ακρίβεια και την επαναληψιμότητα των μετρήσεων που γίνονται.
Η Lake Shore Cryotronics έχει αντιμετωπίσει αυτές τις αβεβαιότητες με το σύστημα MeasureReady M81-SSM (Σύγχρονη πηγή και μέτρηση), το οποίο επιτρέπει τον ταυτόχρονο χειρισμό τριών πηγών και τριών μονάδων μέτρησης από ένα μόνο κεντρικό όργανο ελέγχου. Το M81-SSM χρησιμοποιεί την ιδιόκτητη τεχνολογία MeasureSync της Lake Shore για να διασφαλίσει ότι όλες οι συνδεδεμένες μονάδες πηγής και μέτρησης ενημερώνονται συγχρόνως και δειγματίζονται σε απόσταση +/-10 ns μεταξύ τους με ρυθμό δειγματοληψίας 375 kHz.
«Συνθέτουμε σκόπιμα τις δυνατότητες σύγχρονης πηγής και μέτρησης», εξηγεί ο Chuck Cimino, ο οποίος είναι ανώτερος διευθυντής προϊόντων στο Lake Shore. "Αυτό επιτρέπει επίσης τη χρήση μιας κοινής αναφοράς ακρίβειας στο δείγμα που χαρακτηρίζεται και εξασφαλίζει σταθερά ελάχιστη απόδοση θορύβου."
Η εταιρεία έχει την έδρα της στο Westerville του Οχάιο και αναπτύσσει λύσεις μέτρησης και ελέγχου εδώ και 56 χρόνια. «Έχουμε πολλαπλές κατοχυρωμένες τεχνολογίες στο M81-SSM που επιτρέπουν σε μεγάλο βαθμό τον ανώτερο συγχρονισμό, τη μικτής προμήθειας και μέτρησης DC και AC και ομαλότερη/γρηγορότερη αλλαγή του εύρους μέτρησης τάσης», προσθέτει.
Στην καρδιά του M81-SSM βρίσκεται ένα όργανο ελεγκτή που υποστηρίζει επί του παρόντος τέσσερις διαφορετικούς τύπους μονάδων πηγής και μέτρησης: μια μονάδα πηγής σταθερής τάσης. μια ισορροπημένη ή διαφορική μονάδα πηγής σταθερού ρεύματος. μονάδα μέτρησης τάσης σύνθετης αντίστασης εισόδου μεγαλύτερη από 1 TΩ. και μια μονάδα μέτρησης ρεύματος τύπου τάσης μηδενικής μετατόπισης με ενσωματωμένη προγραμματιζόμενη μεροληψία DC. Η Cimino λέει ότι αναπτύσσονται περισσότερες μονάδες τύπου για συγκεκριμένες εφαρμογές για την επέκταση των δυνατοτήτων του συστήματος.
Λειτουργία εξαιρετικά χαμηλού θορύβου
Όλες οι μονάδες M81-SSM περιέχουν ηλεκτρονικά γραμμικά ενισχυτή που τροφοδοτούνται από εξαιρετικά απομονωμένα γραμμικά τροφοδοτικά. Ο Cimino λέει ότι το αποτέλεσμα είναι λειτουργία εξαιρετικά χαμηλού θορύβου που υπερβαίνει πολλά από τα καλύτερα συμβατικά ενσωματωμένα όργανα πηγής και μέτρησης ενός κιβωτίου, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων κοινώς χρησιμοποιούμενων ενισχυτών κλειδώματος.
Το M81-SSM σχεδιάστηκε από την αρχή για να καλύπτει το ευρύτερο δυνατό φάσμα εφαρμογών χαρακτηρισμού τάσης έναντι ρεύματος με τον χαμηλότερο δυνατό θόρυβο και την ταχύτερη διαμόρφωση και ρύθμιση για τη μέτρηση δειγμάτων σε κρυογονικά ή/και πειραματικά περιβάλλοντα υψηλού πεδίου. Το Lake Shore έχει εκτενή εμπειρία στον χαρακτηρισμό υλικών και συσκευών σε αυτά και σε άλλα ακραία περιβάλλοντα και έχει επίσης αξιοποιήσει πλήρως τις αποκλειστικές τεχνολογίες κλιματισμού και μέτρησης σήματος, καθώς και την τεχνογνωσία των επιστημόνων εφαρμογών της εταιρείας, στο σχεδιασμό του M81-SSM.
Αυτή η δυνατότητα σήματος χαμηλής ισχύος και χαμηλού θορύβου καθιστά το M81-SSM πολύ χρήσιμο για τη μέτρηση των επιδράσεων του μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώντας διάφορες δομές ράβδου Hall και αισθητήρες μαγνητικού πεδίου. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των πειραμάτων μεταφοράς περιστροφής και της μελέτης υπεραγώγιμων υλικών σε κρυογονικές θερμοκρασίες. Εκτός από την πραγματοποίηση μετρήσεων σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ελαχιστοποιώντας την αυτοθέρμανση, το M81-SSM μπορεί επίσης να χαρακτηρίσει υλικά σε περιβάλλοντα δωματίου και πολύ υψηλής θερμοκρασίας, αποφεύγοντας τις θερμικές μετατοπίσεις μέσω τροφοδοσίας AC με ανίχνευση κλειδώματος.
Οι μετρήσεις ράβδου Hall, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την πραγματοποίηση πολύ ακριβών μετρήσεων της ηλεκτρικής αντίστασης ενός δείγματος, μπορούν να γίνουν πολύ αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας το συνδυασμό πηγής διαφορικού ρεύματος και μονάδας μέτρησης τάσης του M81-SSM. Οι γενικές εφαρμογές μέτρησης αντίστασης τεσσάρων συρμάτων επωφελούνται επίσης από αυτές τις πλήρως διαφορικές συνδεδεμένες μονάδες χαμηλού θορύβου και χαμηλής ισχύος.
Η αρθρωτή φύση του M81-SSM και η ικανότητα των μονάδων να εναλλάσσονται εύκολα μεταξύ των λειτουργιών ανίχνευσης AC (έως 100 kHz), DC και lock-in δίνει στους χρήστες μεγάλη ευελιξία στους τύπους μετρήσεων που μπορούν να γίνουν χωρίς εναλλαγή μεταξύ ή τροποποίηση αποκλειστικών οργάνων μόνο DC και AC. Αυτή η αρθρωτή και ευελιξία σημαίνει επίσης ότι το M81-SSM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή πολλαπλών συσκευών υπό ίδιες συνθήκες για την παροχή συνεπών αποτελεσμάτων.
Η μονάδα μέτρησης τάσης VM-10 μπορεί να ανιχνεύσει σήματα από το εύρος χαμηλής νανοβολτ έως 10 V. Λειτουργεί από DC έως 100 kHz και μπορεί να ανιχνεύσει πλάτος, φάση και αρμονικές. Η μονάδα μέτρησης ρεύματος CM-10 μπορεί να ανιχνεύσει ρεύματα στην περιοχή femtoampere έως 100 mA. Οι μετρήσεις ρεύματος μπορούν να γίνουν από DC έως 100 kHz και περιλαμβάνουν ανίχνευση πλάτους, φάσης και αρμονικής.
Η μονάδα πηγής ισορροπημένου ρεύματος BCS-10 μπορεί να προγραμματιστεί από 100 fA έως 100 mA από DC έως 100 kHz ημιτονοειδή έξοδο, ενώ η μονάδα πηγής τάσης VS-10 παρέχει προγραμματιζόμενες τάσεις από 1 µV DC/100 nV AC έως ± 10 V με DC έως 100 kHz ημιτονοειδής έξοδος.
Το όργανο ελεγκτή προσφέρει μια σειρά ψηφιακών συνδεσιμότητας, συμπεριλαμβανομένων USB, GPIB και Ethernet, καθώς και διασύνδεση με εξωτερικές πηγές αναφοράς ή ανιχνευτές. Ο ελεγκτής και οι μονάδες είναι συμπαγή όργανα πάγκου που μπορούν επίσης να τοποθετηθούν σε σχάρα.
Συγχρονισμός και ενσωμάτωση
Χάρη στον υψηλό βαθμό συγχρονισμού και ενσωμάτωσης των δυνατοτήτων προμήθειας και μέτρησης, το M81-SSM μπορεί να μειώσει τον αριθμό των ξεχωριστών οργάνων, σε πολλές περιπτώσεις μόνο στο σύστημα M81-SSM, που απαιτούνται για την πραγματοποίηση μετρήσεων ακριβείας. Αυτό το επίπεδο ενοποίησης ελαχιστοποιεί επίσης τον αριθμό και το μήκος των καλωδίων που χρησιμοποιούνται συνήθως για τη σύνδεση χωριστών πηγών, οργάνων μέτρησης και δειγμάτων. Αυτή η ενσωμάτωση αποφεύγει την εισαγωγή παρασιτικών επιδράσεων – όπως διαρροή, θόρυβος, αντίσταση και αντίδραση – τα οποία όλα μπορούν να υποβαθμίσουν σημαντικά τις μετρήσεις.
Οι απομακρυσμένες μονάδες συνδέονται με το κύριο όργανο μέσω τυπικών καλωδίων τροφοδοσίας και σήματος προστασίας από θόρυβο 2 m, τα οποία μπορούν προαιρετικά να επεκταθούν σε 6 m συνολικά μεταξύ του οργάνου και οποιασδήποτε μονάδας. Αυτό σημαίνει ότι οι μονάδες μπορούν να τοποθετηθούν πολύ κοντά στο σημείο όπου γίνονται οι μετρήσεις, όπως σε έναν σταθμό κρυογονικού ανιχνευτή. "Το όνομα του παιχνιδιού στις μετρήσεις χαμηλού επιπέδου είναι να ελαχιστοποιήσει το μήκος των καλωδίων στάθμης σήματος", λέει ο Cimino. "Με το M81-SSM μπορείτε να βάλετε τις μονάδες ενισχυτή ακριβώς δίπλα στο δείγμα, εάν θέλετε."
Η αρθρωτή φύση του συστήματος σημαίνει ότι μπορεί να δημιουργηθεί ένα ευρύ φάσμα διαμορφώσεων με απλή εναλλαγή των συνδεδεμένων μονάδων. Αυτό καθιστά το M81-SSM ένα εξαιρετικά ευέλικτο σύστημα και η απόδοσή του είναι πιο προβλέψιμη από τις ρυθμίσεις που έχουν κατασκευαστεί από πολλαπλά ξεχωριστά όργανα και όργανα από διαφορετικούς προμηθευτές. Επιπλέον, ολόκληρο το σύστημα υποστηρίζεται από έναν προμηθευτή, κάνοντας την εξυπηρέτηση πελατών και την τεχνική βοήθεια απλούστερη και πιο βελτιωμένη.
Το M81-SSM χρησιμοποιεί ένα πατενταρισμένο αναλογικό σύστημα για τη μετάδοση σημάτων μεταξύ του ελεγκτή και των μονάδων του. Ο Cimino εξηγεί ότι αυτό κρατά τα θορυβώδη ψηφιακά κυκλώματα μακριά από τα ευαίσθητα αναλογικά κυκλώματα στις μονάδες. Αυτό ελαχιστοποιεί επίσης τα σφάλματα γείωσης και εξασφαλίζει τον στενό συγχρονισμό όλων των μονάδων.
Αφιερωμένα ADC και DAC
Τα σήματα από έως και τρεις συνδεδεμένες μονάδες μέτρησης ψηφιοποιούνται στον ελεγκτή με αποκλειστικούς μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Τα σήματα εξόδου από έως και τρεις μονάδες πηγής ορίζονται από τον ελεγκτή από αποκλειστικούς μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό (DAC).
Τα ADC και DAC ενεργοποιούνται από την ανερχόμενη άκρη ενός κοινόχρηστου σήματος ρολογιού MeasureSync. Το MeasureSync είναι το σύστημα συγχρονισμού σημάτων που εκκρεμεί για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της Lake Shore που χρησιμοποιεί ένα κοινό σήμα ρολογιού 375 kHz για ενημέρωση και ανάγνωση όλων των μονάδων – επιτρέποντας τη συνεχή δειγματοληψία δεδομένων σε κάθε συνδεδεμένο κανάλι αντί για τις τυπικές εναλλακτικές πολυκαναλικές πολυκάναλες.
Κατά τη διάρκεια των κενών μεταξύ των άκρων του ρολογιού δειγματοληψίας, τα δεδομένα ADC διαβάζονται από τον ελεγκτή και τα DAC ρυθμίζονται να παρέχουν τις επόμενες τιμές εξόδου. Το αποτέλεσμα είναι ο πλήρης συγχρονισμός και η συνεχής δειγματοληψία έως και έξι συνδεδεμένων καναλιών ενισχυτή – πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να γίνουν πολλές συγχρονισμένες μετρήσεις παράλληλα. Κάθε κανάλι μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να εκτελεί μετρήσεις AC, DC ή lock-in. Τα ακατέργαστα δείγματα λαμβάνονται και υποβάλλονται σε επεξεργασία με 375 κιλοδείγματα ανά δευτερόλεπτο (kSa/s) και οι ολοκληρωμένες μετρήσεις μεταδίδονται μέσω LAN, USB ή GPIB σε έναν κεντρικό υπολογιστή με έως και 5k εγγραφές ανά δευτερόλεπτο ή με συνολικό ρυθμό για 3 κανάλια μέτρησης των 15k μετρήσεων ανά δεύτερος.
Αυτός ο υψηλός βαθμός συγχρονισμού μεταξύ πηγής και μέτρησης σημαίνει ότι το M81-SSM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πραγματοποίηση μετρήσεων κλειδώματος που μπορούν να εξαγάγουν πολύ αδύναμα σήματα από θορυβώδη φόντο. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα για τους χρήστες, επειδή οι μετρήσεις κλειδώματος γίνονται συνήθως χρησιμοποιώντας ένα αποκλειστικό όργανο ενισχυτή κλειδώματος μόνο για μετρήσεις AC.
Κλείδωμα με το πάτημα ενός κουμπιού
«Έδειξα σε ορισμένους ενδιαφερόμενους πελάτες τις κύριες δυνατότητες του M81-SSM και ρωτούν «πού είναι λοιπόν ο ενισχυτής κλειδώματος;», λέει ο Cimino. «Αρχικά, βλέπουν απλώς τις συμπαγείς μονάδες και τα στοιχεία ελεγκτή και πρέπει να εξηγήσω ότι το κλείδωμα εφαρμόζεται ψηφιακά. «Είναι ένα κλείδωμα με το πάτημα ενός κουμπιού» είναι η ενθουσιώδης απάντηση που έλαβα από πολλούς πιθανούς χρήστες.»
Ο Cimino προσθέτει ότι οι αρχάριοι και οι ειδικοί εκτιμούν πόσο απλά και διαισθητικά έχει διαμορφώσει το περιβάλλον χρήστη η Lake Shore. Στο άκρο του φάσματος των ειδικών χρηστών, ο Cimino λέει ότι «ένας χρήστης M81-SSM έχει υιοθετήσει το πρόγραμμα οδήγησης Python ως το πρότυπο προγράμματος οδήγησης της ομάδας του σε όλο τον εξοπλισμό του. Απλώς του άρεσε ο τρόπος με τον οποίο αφαιρέσαμε τα στοιχεία ελέγχου M81-SSM στο πρόγραμμα οδήγησης Python."
"Ή αν δεν θέλετε να προγραμματίσετε καθόλου, το λογισμικό MeasureLINK σας επιτρέπει απλώς να μεταφέρετε και να αποθέσετε εντολές πηγής και μέτρησης υψηλού επιπέδου για ροή δεδομένων ή για δοκιμές μεγάλης διάρκειας", λέει ο Cimino. "Εάν θέλετε να χειριστείτε ένα μαγνητικό πεδίο ή μια θερμοκρασία δείγματος ενώ κάνετε ηλεκτρικές μετρήσεις, μπορείτε να το κάνετε χωρίς προγραμματισμό."
Το Cimino περιγράφει τη διεπαφή χρήστη του M81-SSM ως «ανακαλύψιμη» και ότι οποιοσδήποτε χρήστης smartphone (δηλαδή «όλοι») θα ήταν άνετος να το χρησιμοποιήσει. "Κάθε μονάδα αντιπροσωπεύεται στη διεπαφή και όταν κάνετε κλικ σε μια μονάδα, βλέπετε έναν εικονικό μπροστινό πίνακα για αυτό το όργανο", εξηγεί. Οι προεπιλεγμένες ρυθμίσεις στη διεπαφή αντιστοιχούν στις πιο συνηθισμένες μετρήσεις, αλλά οι χρήστες μπορούν επίσης να πλοηγηθούν εύκολα στη διεπαφή για να ελέγξουν το M81-SSM με τρόπο που να ταιριάζει με το επίπεδο δεξιοτήτων και τις απαιτήσεις μέτρησης. Και για τον αρχάριο και τον έμπειρο χρήστη, το Lake Shore παρέχει υποστήριξη από την ομάδα μηχανικών εφαρμογών σε επίπεδο διδακτορικού.
«Το M81-SSM είναι το αποτέλεσμα πέντε ετών πραγματικά σκληρής δουλειάς από τις ομάδες μηχανικών και εφαρμογών της Lake Shore», λέει ο Cimino, προσθέτοντας ότι οι θετικές απαντήσεις από την κοινότητα των χρηστών υποδηλώνουν ότι άξιζε την προσπάθεια.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/