M81-SSM של Lake Shore Cryotronics מציע DC, AC ומקור ומדידה נעילה.
מערכות המדידה של היום יכולות להסתבך מאוד מהר מאוד. מדענים הפועלים בחוד החנית של המחקר יצטרכו לעתים קרובות לשלב מכשירים ממספר ספקים שונים. זה בעייתי מכיוון שמערכות של ספקים מעורבים עלולות להיות קשות לתפעול וזה עלול לפגוע ברצינות בדיוק ובחזרות של המדידות המתבצעות.
Lake Shore Cryotronics התייחסה לאי הוודאות הללו עם מערכת MeasureReady M81-SSM (Synchronous Source and Measure) שלה, המאפשרת להפעיל עד שלושה מקור ושלושה מודולי מדידה בו-זמנית על ידי מכשיר בקרה מרכזי יחיד. ה-M81-SSM משתמש בטכנולוגיית MeasureSync הקניינית של Lake Shore כדי להבטיח שכל מודולי המקור והמדידה המחוברים מתעדכנים באופן סינכרוני ונדגמים בטווח של +/-10 ns אחד מהשני בקצב דגימה של 375 קילוהרץ.
"בכוונה חיברנו יכולות מקור ומדידה סינכרוניות", מסביר צ'אק צ'ימינו, שהוא מנהל מוצר בכיר בלייק שור. "זה גם מאפשר שימוש בהתייחסות דיוק משותפת למדגם המאופיין ומבטיח ביצועי רעש מינימליים באופן עקבי."
מטה החברה נמצא בווסטרוויל, אוהיו, והיא מפתחת פתרונות מדידה ובקרה כבר 56 שנים. "יש לנו טכנולוגיות פטנט מרובות ב-M81-SSM שמאפשרות מאוד סנכרון מעולה, מקורות ומדידה מעורבים של DC ו-AC, ושינוי טווח מדידת מתח חלק/מהיר יותר", הוא מוסיף.
בלב ה-M81-SSM נמצא מכשיר בקר התומך כיום בארבעה סוגים שונים של מודולי מקור ומדידה: מודול מקור מתח קבוע; מודול מקור זרם קבוע מאוזן או דיפרנציאלי; מודול מדידת מתח גדול מ-1 TΩ של עכבת כניסה; ומודול מדידת זרם מסוג אפס היסט עם מתח עם הטיית DC מובנית. Cimino אומר שמפתחים מודולים מסוגים ספציפיים יותר ליישום כדי להרחיב את יכולות המערכת.
פעולה בעלת רעש נמוך במיוחד
כל מודולי M81-SSM מכילים אלקטרוניקה של מגבר ליניארי המופעל על ידי ספקי כוח ליניאריים מבודדים מאוד. Cimino אומר שהתוצאה היא פעולה בעלת רעש נמוך במיוחד, העולה על רבים ממכשירי המקור והמדידה הבודדים הבנויים בצורה קונבנציונלית, כולל מספר מגברים נעילה נפוצים.
ה-M81-SSM תוכנן מלכתחילה לכסות את הטווח הרחב ביותר האפשרי של יישומי אפיון מתח מול זרם עם הרעש הנמוך ביותר האפשרי ותצורה והגדרה מהירה ביותר למדידת דגימות בסביבות ניסוי קריוגני ו/או בשדה גבוה. ל-Lake Shore ניסיון רב באפיון חומרים והתקנים בסביבות קיצוניות אלו ואחרות וכן מינפה במלואה את טכנולוגיות מיזוג האותות והמדידה הקנייניות, כמו גם את המומחיות של מדעני האפליקציות של החברה, בתכנון ה-M81-SSM.
יכולת האותות הנמוכה וחסרת הרעש הזו הופכת את ה-M81-SSM לשימושי מאוד למדידת אפקטים של שדה מגנטי באמצעות מבני Hall Bar שונים וחיישני שדה מגנטי. מכשירים אלה משמשים במספר יישומים, כולל ניסויי הובלה ספין וחקר חומרים מוליכים בטמפרטורות קריוגניות. בנוסף לבצע מדידות בטמפרטורות נמוכות מאוד תוך מזעור החימום העצמי, ה-M81-SSM יכול גם לאפיין חומרים בחדרים ובסביבות טמפרטורות גבוהות מאוד, תוך הימנעות מהיסטים תרמיים באמצעות מקור AC עם זיהוי נעילה.
מדידות הול בר, המשמשות לביצוע מדידות מדויקות מאוד של ההתנגדות החשמלית של דגימה, יכולות להיעשות ביעילות רבה באמצעות השילוב של מקור זרם דיפרנציאלי ומודול מדידת מתח של ה-M81-SSM. יישומים כלליים למדידת התנגדות של ארבעה חוטים נהנים גם מהמודולים המחוברים באופן מלא עם רעש נמוך וצריכת חשמל נמוכה.
האופי המודולרי של ה-M81-SSM והיכולת של המודולים לעבור בקלות בין מצבי AC (עד 100 קילו-הרץ), DC ומצבי זיהוי נעילה מעניקים למשתמשים גמישות רבה בסוגי המדידות שניתן לבצע מבלי להחליף בין או שינוי מכשור ייעודי של DC ו-AC בלבד. המודולריות והגמישות הללו גם אומרות שניתן להשתמש ב-M81-SSM לבדיקת התקנים מרובים בתנאים זהים כדי לספק תוצאות עקביות.
מודול מדידת המתח VM-10 יכול לזהות אותות מטווח ננו-וולט נמוך עד 10 V. הוא פועל מ-DC עד 100 קילו-הרץ ויכול לזהות משרעת, פאזה והרמוניות. מודול מדידת הזרם CM-10 יכול לזהות זרמים בטווח פמטומפר עד 100 mA. ניתן לבצע מדידות זרם מ-DC עד 100 קילו-הרץ וכוללות משרעת, פאזה וזיהוי הרמוני.
מודול מקור הזרם המאוזן BCS-10 ניתן לתכנות מ-100 fA עד 100 mA מ-DC עד 100 קילו-הרץ, בעוד שמודול מקור המתח VS-10 מספק מתחים ניתנים לתכנות מ-1 µV DC/100 nV AC עד ± 10 V עם DC לתפוקה סינוסואידית של 100 קילו-הרץ.
מכשיר הבקר מציע מגוון של קישוריות דיגיטלית כולל USB, GPIB ו-Ethernet וכן התממשקות עם מקורות ייחוס חיצוניים או גלאים. הבקר והמודולים הם מכשירי ספסל קומפקטיים הניתנים גם להרכבה על מתלה.
סנכרון ואינטגרציה
הודות לדרגת הסנכרון הגבוהה שלו ושילוב יכולות המקור והמדידה, ה-M81-SSM יכול לצמצם את מספר המכשירים הנפרדים, במקרים רבים למערכת M81-SSM בלבד, הנדרשים לביצוע מדידות מדויקות. רמה זו של אינטגרציה גם ממזערת את מספר ואורך הכבלים המשמשים בדרך כלל לחיבור מקורות נפרדים, מכשירי מדידה ודגימות. אינטגרציה זו מונעת את החדרת השפעות טפיליות - כגון דליפה, רעש, התנגדות ותגובתיות - כל אלו עלולים לדרדר משמעותית את המדידות.
המודולים המרוחקים מחוברים למכשיר הראשי באמצעות כבלי חשמל ואותות סטנדרטיים באורך 2 מ', אותם ניתן להרחיב באופן אופציונלי ל-6 מ' כולל בין מכשיר לכל מודול אחד. המשמעות היא שניתן למקם את המודולים קרוב מאוד למקום שבו מתבצעות המדידות, כמו למשל בתחנת בדיקה קריוגנית. "שם המשחק במדידות ברמה נמוכה הוא למזער את אורך הכבלים של רמת האות", אומר Cimino. "עם M81-SSM אתה יכול לשים את מודולי המגבר ממש ליד המדגם אם תרצה."
האופי המודולרי של המערכת אומר שניתן ליצור מגוון רחב של תצורות פשוט על ידי החלפת מודולים מחוברים. זה הופך את ה-M81-SSM למערכת גמישה במיוחד והביצועים שלה צפויים יותר מהגדרות הבנויות ממספר מכשירים ומכשירים נפרדים של ספקים שונים. יתר על כן, המערכת כולה נתמכת על ידי ספק אחד, מה שהופך את שירות הלקוחות והסיוע הטכני לפשוטים ויעילים יותר.
ה-M81-SSM משתמש במערכת אנלוגית מוגנת בפטנט להעברת אותות בין הבקר והמודולים שלו. Cimino מסביר שזה מרחיק מעגלים דיגיטליים רועשים מהמעגלים האנלוגיים הרגישים במודולים. זה גם ממזער שגיאות הארקה ומבטיח סנכרון הדוק של כל המודולים.
ADCs ו-DACs ייעודיים
אותות של עד שלושה מודולי מדידה מחוברים עוברים דיגיטציה בבקר על ידי ממירי אנלוגי לדיגיטלי (ADC) ייעודיים. אותות פלט מעד שלושה מודולי מקור מוגדרים על ידי הבקר על ידי ממירים דיגיטליים-אנלוגיים (DAC) ייעודיים.
ה-ADCs וה-DACs מופעלים על ידי הקצה העולה של אות שעון משותף של MeasureSync. MeasureSync היא מערכת סינכרון האותות המוגשת בפטנט של Lake Shore המשתמשת באות שעון משותף של 375 קילו-הרץ לעדכון וקריאה של כל המודולים - המאפשרת דגימת נתונים רציפה בכל ערוץ מחובר במקום בחלופות מרובי-ערוציות טיפוסיות.
במהלך הפערים בין קצוות שעון הדגימה, נתוני ADC נקראים על ידי הבקר, וה-DACs מוגדרים לספק את ערכי הפלט הבאים. התוצאה היא סנכרון מלא ודגימה רציפה של עד שישה ערוצי מגבר מחוברים - מה שאומר שניתן לבצע מספר מדידות מסונכרנות במקביל. ניתן להגדיר לכל ערוץ לבצע מדידות AC, DC או נעילה. דגימות גולמיות נרכשות ומעובדות ב-375 קילודגימות לשנייה (kSa/s) ומדידות שהושלמו מועברות דרך LAN, USB או GPIB למחשב מארח עד 5k רשומות לשנייה או קצב מצטבר עבור 3 ערוצי מדידה של 15k מדידות לכל שְׁנִיָה.
מידת הסנכרון הגבוהה הזו בין מקור למדידה פירושה שניתן להשתמש ב-M81-SSM לביצוע מדידות נעילה שיכולות לחלץ אותות חלשים מאוד מרקע רועש. זהו יתרון משמעותי עבור המשתמשים מכיוון שמדידות נעילה נעשות בדרך כלל באמצעות מכשיר נעילה ייעודי של מדידות AC בלבד.
נעילה בלחיצת כפתור
"הדגמתי עבור כמה לקוחות מתעניינים את היכולות העיקריות של M81-SSM והם שואלים 'אז איפה המגבר הננעל?'", אומר Cimino. "בתחילה, הם רק רואים את המודולים הקומפקטיים ואת רכיבי הבקר, ואני צריך להסביר שהנעילה מיושמת דיגיטלית. 'זה נעילה בלחיצת כפתור' היא התגובה הנלהבת שקיבלתי ממספר משתמשים פוטנציאליים."
Cimino מוסיף כי טירונים ומומחים כאחד מעריכים כמה פשוט ואינטואיטיבי לייק שור הגדיר את ממשק המשתמש. בקצה המשתמש המומחה של הספקטרום, Cimino אומר כי "משתמש M81-SSM אחד אימץ את מנהל ההתקן של Python שלנו כתקן הנהג של הקבוצה שלו בכל הציוד שלו. הוא פשוט אהב את הדרך בה הפשטנו את בקרות ה-M81-SSM במנהל ההתקן של Python שלנו."
"או אם אינך רוצה לתכנת כלל, תוכנת MeasureLINK שלנו מאפשרת לך פשוט לגרור ולשחרר פקודות מקור ומדידה ברמה גבוהה כדי להזרים נתונים או לבצע בדיקות לאורך זמן", אומר Cimino. "אם אתה רוצה לתפעל שדה מגנטי או טמפרטורת דגימה תוך כדי מדידות חשמליות, אתה יכול לעשות זאת ללא תכנות."
Cimino מתאר את ממשק המשתמש של ה-M81-SSM כ"ניתן לגילוי" ושכל משתמש סמארטפון (כלומר, "לכולם") יהיה נוח להשתמש בו. "כל מודול מיוצג בממשק וכאשר אתה לוחץ על מודול, אתה רואה פאנל קדמי וירטואלי של המכשיר הזה", הוא מסביר. הגדרות ברירת המחדל בממשק מתאימות למדידות הנפוצות ביותר, אך משתמשים יכולים גם לנווט בקלות בממשק כדי לשלוט ב-M81-SSM באופן שתואם את רמת המיומנות ודרישות המדידה שלהם. ולמשתמש המתחיל והמומחה כאחד, Lake Shore מספקת תמיכה מהצוות שלה של מהנדסי יישומים ברמת PhD.
"ה-M81-SSM הוא תוצאה של חמש שנים של עבודה קשה באמת של צוותי ההנדסה והיישומים של לייק שור", אומר Cimino, ומוסיף שתגובות חיוביות מקהילת המשתמשים מעידות שזה היה שווה את המאמץ.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/