Lake Shore Cryotronics' M81-SSM tilbyr DC, AC og låst kilde og måling.
Dagens målesystemer kan bli veldig kompliserte veldig raskt. Forskere som jobber i forkant av forskning vil ofte måtte flette sammen instrumenter fra en rekke ulike leverandører. Dette er problematisk fordi systemer med blandede leverandører kan være vanskelig å betjene, og dette kan alvorlig kompromittere nøyaktigheten og repeterbarheten til målingene som gjøres.
Lake Shore Cryotronics har adressert disse usikkerhetene med sitt MeasureReady M81-SSM (Synchronous Source and Measure)-system, som lar opptil tre kilde- og tre målemoduler betjenes samtidig av et enkelt sentralt kontrollinstrument. M81-SSM bruker Lake Shores proprietære MeasureSync-teknologi for å sikre at alle tilkoblede kilde- og målemoduler blir synkront oppdatert og samplet godt innenfor +/-10 ns fra hverandre med en samplingsfrekvens på 375 kHz.
"Vi setter med vilje synkrone kilde- og målefunksjoner sammen," forklarer Chuck Cimino, som er senior produktsjef ved Lake Shore. "Dette muliggjør også bruk av en felles nøyaktighetsreferanse til prøven som karakteriseres og sikrer konsekvent minimal støyytelse."
Selskapet har hovedkontor i Westerville, Ohio og har utviklet måle- og kontrollløsninger i 56 år. "Vi har flere patenterte teknologier i M81-SSM som i stor grad muliggjør overlegen synkronisering, blandet DC- og AC-kilder og måling, og jevnere/raskere endring av spenningsmåleområdet," legger han til.
I hjertet av M81-SSM er et kontrollerinstrument som for øyeblikket støtter fire forskjellige typer kilde- og målemoduler: en kildemodul med konstant spenning; en balansert eller differensiell konstant strømkildemodul; en spenningsmålemodul på mer enn 1 TΩ inngangsimpedans; og en null-offset spenningstype strømmålingsmodul med programmerbar DC bias innebygd. Cimino sier at flere applikasjonsspesifikke typemoduler utvikles for å utvide systemets muligheter.
Ekstremt støysvak drift
Alle M81-SSM-moduler inneholder lineær forsterkerelektronikk som drives av svært isolerte lineære strømforsyninger. Cimino sier at resultatet er ekstremt støysvak drift som overgår mange av de beste konvensjonelt bygde enkeltboks-kilde- og måleinstrumentene, inkludert en rekke ofte brukte låste forsterkere.
M81-SSM ble designet fra starten for å dekke det bredest mulige spekteret av karakteriseringsapplikasjoner for spenning versus strøm med lavest mulig støy og raskeste konfigurasjon og oppsett for måling av prøver i kryogene og/eller høyfeltseksperimentmiljøer. Lake Shore har lang erfaring med å karakterisere materialer og enheter i disse og andre ekstreme miljøer og har også fullt ut utnyttet proprietære signalkondisjonerings- og måleteknologier, så vel som selskapets applikasjonsforskeres ekspertise, i utformingen av M81-SSM.
Denne funksjonen med lav effekt og lavt støysignal gjør M81-SSM svært nyttig for å måle magnetiske felteffekter ved å bruke ulike Hall bar-strukturer og magnetfeltsensorer. Disse enhetene brukes i en rekke applikasjoner, inkludert spinntransporteksperimenter og studiet av superledende materialer ved kryogene temperaturer. I tillegg til å foreta målinger ved svært lave temperaturer og samtidig minimere selvoppvarming, kan M81-SSM også karakterisere materialer i rom og miljøer med svært høye temperaturer, og unngå termiske forskyvninger via AC-kilder med innlåsingsdeteksjon.
Hallbar-målinger, som brukes til å gjøre svært nøyaktige målinger av en prøves elektriske motstand, kan gjøres veldig effektivt ved å bruke M81-SSMs differensialstrømkilde og spenningsmålemodulkombinasjon. Generelle applikasjoner for motstandsmåling med fire ledninger drar også nytte av disse støysvake, laveffekts fullt differensialtilkoblede modulene.
Den modulære naturen til M81-SSM og modulenes evne til å bytte enkelt mellom AC (opptil 100 kHz), DC og innlåste deteksjonsmodi gir brukerne stor fleksibilitet i hvilke typer målinger som kan gjøres uten å bytte mellom eller modifisering av dedikert instrumentering kun for DC og AC. Denne modulariteten og fleksibiliteten betyr også at M81-SSM kan brukes til å teste flere enheter under identiske forhold for å levere konsistente resultater.
VM-10 spenningsmålemodul kan detektere signaler fra lav nanovolt-området opp til 10 V. Den opererer fra DC opp til 100 kHz og kan oppdage amplitude, fase og harmoniske. CM-10 strømmålingsmodulen kan oppdage strømmer i femtoampere til 100 mA rekkevidde. Strømmålinger kan gjøres fra DC til 100 kHz og inkluderer amplitude-, fase- og harmonisk deteksjon.
BCS-10 balansert strømkildemodul er programmerbar fra 100 fA til 100 mA fra DC til 100 kHz sinusformet utgang, mens VS-10 spenningskildemodulen gir programmerbare spenninger fra 1 µV DC/100 nV AC opp til ± 10 V med DC til 100 kHz sinusformet utgang.
Kontrollinstrumentet tilbyr en rekke digitale tilkoblingsmuligheter, inkludert USB, GPIB og Ethernet, samt grensesnitt med eksterne referansekilder eller detektorer. Kontrolleren og modulene er kompakte benktopp-instrumenter som også kan monteres i stativ.
Synkronisering og integrasjon
Takket være sin høye grad av synkronisering og integrering av kilde- og målefunksjoner, kan M81-SSM redusere antallet separate instrumenter, i mange tilfeller til bare M81-SSM-systemet, som kreves for å utføre presisjonsmålinger. Dette integrasjonsnivået minimerer også antallet og lengden på kabler som vanligvis brukes til å koble til separate kilder, måleinstrumenter og prøver. Denne integrasjonen unngår introduksjonen av parasittiske effekter – som lekkasje, støy, motstand og reaktans – som alle kan forringe målingene betydelig.
Fjernmodulene er koblet til hovedinstrumentet via standard 2 m støyimmun strøm- og signalkabler, som valgfritt kan utvides til 6 m totalt mellom instrumentet og en modul. Dette betyr at modulene kan plasseres veldig nært der målingene gjøres, for eksempel i en kryogen sondestasjon. "Navnet på spillet i lavnivåmålinger er å minimere lengden på signalnivåkablene," sier Cimino. "Med M81-SSM kan du sette forsterkermodulene rett ved siden av prøven om ønskelig."
Systemets modulære natur betyr at et bredt spekter av konfigurasjoner kan lages ved å bytte tilkoblede moduler. Dette gjør M81-SSM til et ekstremt fleksibelt system og ytelsen er mer forutsigbar enn oppsett bygget av flere separate instrumenter og instrumenter fra forskjellige leverandører. I tillegg støttes hele systemet av én leverandør, noe som gjør kundeservice og teknisk assistanse enklere og mer strømlinjeformet.
M81-SSM bruker et patentert analogt system for å overføre signaler mellom kontrolleren og dens moduler. Cimino forklarer at dette holder støyende digitale kretser langt unna de sensitive analoge kretsene i modulene. Dette minimerer også jordfeil og sikrer tett synkronisering av alle moduler.
Dedikerte ADC-er og DAC-er
Signaler fra opptil tre tilkoblede målemoduler digitaliseres i kontrolleren av dedikerte analog-til-digital (ADC) omformere. Utgangssignaler fra opptil tre kildemoduler defineres av kontrolleren av dedikerte digital-til-analog-omformere (DAC).
ADC-ene og DAC-ene utløses av den stigende flanken til et delt MeasureSync-klokkesignal. MeasureSync er Lake Shores patentsøkte signalsynkroniseringssystem som bruker et felles 375 kHz klokkesignal for å oppdatere og lese alle moduler – noe som muliggjør kontinuerlig datasampling på hver tilkoblet kanal i stedet for de typiske multipleksede flerkanalsalternativene.
Under gapene mellom samplingsklokkekantene, leses ADC-data av kontrolleren, og DAC-ene settes til å gi de neste utgangsverdiene. Resultatet er fullstendig synkronisering og kontinuerlig sampling av opptil seks tilkoblede forsterkerkanaler – noe som betyr at flere synkroniserte målinger kan gjøres parallelt. Hver kanal kan stilles inn til å utføre AC, DC eller lock-in målinger. Råprøver innhentes og behandles med 375 kilosamples per sekund (kSa/s) og fullførte målinger overføres via LAN, USB eller GPIB til en verts-PC med opptil 5k poster per sekund eller en samlet rate for 3 målekanaler på 15k målinger pr. sekund.
Denne høye graden av synkronisering mellom kilde og måling gjør at M81-SSM kan brukes til å gjøre innlåste målinger som kan trekke ut svært svake signaler fra støyende bakgrunn. Dette er en betydelig fordel for brukere fordi innlåste målinger vanligvis gjøres ved å bruke et dedikert innlåst forsterkerinstrument med kun AC-målinger.
Låse inn ved å trykke på en knapp
"Jeg har demonstrert for noen interesserte kunder hovedfunksjonene for M81-SSM, og de spør 'så hvor er den låste forsterkeren?'," sier Cimino. «Til å begynne med ser de bare de kompakte modulene og kontrollerelementene, og jeg må forklare at innlåsingen er implementert digitalt. «Det er en låsing ved å trykke på en knapp» er den entusiastiske responsen jeg fikk fra flere potensielle brukere.»
Cimino legger til at både nybegynnere og eksperter setter pris på hvor enkelt og intuitivt Lake Shore har konfigurert brukergrensesnittet. Ved ekspertbrukerenden av spekteret sier Cimino at «en M81-SSM-bruker har tatt i bruk Python-driveren vår som gruppens sjåførstandard på tvers av alt utstyret hans. Han likte måten vi abstraherte M81-SSM-kontrollene på i Python-driveren vår."
"Eller hvis du ikke vil programmere i det hele tatt, lar vår MeasureLINK-programvare deg bare dra og slippe kilde- og målekommandoer på høyt nivå for å streame data eller utføre langtidstesting," sier Cimino. "Hvis du vil manipulere et magnetfelt eller en prøvetemperatur mens du gjør elektriske målinger, kan du gjøre det uten programmering."
Cimino beskriver M81-SSMs brukergrensesnitt som "oppdagelig" og at enhver smarttelefonbruker (dvs. "alle") ville være komfortabel med å bruke det. "Hver modul er representert i grensesnittet, og når du klikker på en modul, ser du et virtuelt frontpanel for det instrumentet," forklarer han. Standardinnstillingene på grensesnittet tilsvarer de vanligste målingene, men brukere kan også enkelt navigere i grensesnittet for å kontrollere M81-SSM på en måte som matcher deres ferdighetsnivå og målekrav. Og for både nybegynnere og ekspertbrukere gir Lake Shore støtte fra teamet av applikasjonsingeniører på PhD-nivå.
"M81-SSM er resultatet av fem år med virkelig hardt arbeid fra Lake Shores ingeniør- og applikasjonsteam," sier Cimino, og legger til at positive svar fra brukerfellesskapet tyder på at det var vel verdt innsatsen.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/