M81-SSM firmy Lake Shore Cryotronics oferuje źródło i pomiar prądu stałego, przemiennego i z blokadą.
Dzisiejsze systemy pomiarowe mogą bardzo szybko stać się bardzo skomplikowane. Naukowcy pracujący nad najnowocześniejszymi badaniami często będą musieli łączyć ze sobą instrumenty pochodzące od wielu różnych dostawców. Jest to problematyczne, ponieważ systemy pochodzące od różnych dostawców mogą być trudne w obsłudze, co może poważnie zagrozić dokładności i powtarzalności dokonywanych pomiarów.
Firma Lake Shore Cryotronics rozwiązała te niepewności dzięki systemowi MeasureReady M81-SSM (Synchronous Source and Measure), który umożliwia jednoczesną obsługę maksymalnie trzech modułów źródłowych i trzech modułów pomiarowych za pomocą jednego centralnego przyrządu sterującego. M81-SSM wykorzystuje zastrzeżoną technologię MeasureSync firmy Lake Shore, aby zapewnić, że wszystkie podłączone moduły źródłowe i pomiarowe są synchronicznie aktualizowane i próbkowane z dokładnością +/-10 ns względem siebie przy częstotliwości próbkowania 375 kHz.
„Celowo połączyliśmy możliwości synchronicznego źródła i pomiaru” – wyjaśnia Chuck Cimino, starszy menedżer produktu w Lake Shore. „Umożliwia to również zastosowanie wspólnego odniesienia dotyczącego dokładności do charakteryzowanej próbki i zapewnia niezmiennie minimalną wydajność w zakresie szumów”.
Siedziba firmy znajduje się w Westerville w stanie Ohio i od 56 lat opracowuje rozwiązania pomiarowe i kontrolne. „W modelu M81-SSM zastosowano wiele opatentowanych technologii, które w dużym stopniu umożliwiają doskonałą synchronizację, mieszane zasilanie i pomiary prądu stałego i przemiennego oraz płynniejszą/szybszą zmianę zakresu pomiaru napięcia” – dodaje.
Sercem M81-SSM jest sterownik, który obecnie obsługuje cztery różne typy modułów źródłowych i pomiarowych: moduł źródła stałego napięcia; moduł źródła prądu stałego zbalansowanego lub różnicowego; moduł pomiaru napięcia z impedancją wejściową większą niż 1 TΩ; oraz moduł pomiaru prądu o zerowym przesunięciu z wbudowanym programowalnym napięciem stałym. Cimino twierdzi, że opracowywanych jest więcej modułów dostosowanych do konkretnych zastosowań, aby rozszerzyć możliwości systemu.
Wyjątkowo cicha praca
Wszystkie moduły M81-SSM zawierają elektronikę wzmacniacza liniowego zasilaną przez wysoce izolowane zasilacze liniowe. Cimino twierdzi, że efektem jest wyjątkowo cicha praca, przewyższająca wiele najlepszych konwencjonalnie budowanych, jednoelementowych instrumentów źródłowych i pomiarowych, w tym wiele powszechnie używanych wzmacniaczy typu lock-in.
Miernik M81-SSM został od początku zaprojektowany tak, aby obsłużyć najszerszy możliwy zakres zastosowań związanych z charakterystyką napięcia w zależności od prądu, przy najniższym możliwym poziomie szumów i najszybszej konfiguracji i konfiguracji do pomiarów próbek w środowiskach kriogenicznych i/lub w środowiskach eksperymentalnych o dużym polu. Lake Shore ma rozległe doświadczenie w charakteryzowaniu materiałów i urządzeń w tych i innych ekstremalnych środowiskach, a także w pełni wykorzystał w projekcie M81-SSM opatentowane technologie kondycjonowania sygnału i pomiarów, a także wiedzę specjalistów firmy zajmujących się zastosowaniami.
Dzięki temu sygnałowi o małej mocy i niskim poziomie szumów M81-SSM jest bardzo przydatny do pomiaru efektów pola magnetycznego przy użyciu różnych struktur prętowych Halla i czujników pola magnetycznego. Urządzenia te są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, w tym w eksperymentach z transportem spinu i badaniach materiałów nadprzewodzących w temperaturach kriogenicznych. Oprócz wykonywania pomiarów w bardzo niskich temperaturach przy jednoczesnym minimalizowaniu samonagrzewania, M81-SSM może również charakteryzować materiały w pomieszczeniach i środowiskach o bardzo wysokiej temperaturze, unikając przesunięć termicznych poprzez źródło prądu przemiennego z detekcją blokady.
Pomiary za pomocą pręta Halla, które służą do bardzo precyzyjnych pomiarów rezystancji elektrycznej próbki, można bardzo skutecznie wykonać przy użyciu kombinacji źródła prądu różnicowego i modułu pomiaru napięcia w M81-SSM. Ogólne zastosowania czteroprzewodowego pomiaru rezystancji również korzystają z tych w pełni różnicowych modułów o niskim poziomie szumów i małej mocy.
Modułowa natura M81-SSM i możliwość łatwego przełączania modułów między trybami wykrywania prądu przemiennego (do 100 kHz), prądu stałego i blokowania zapewnia użytkownikom dużą elastyczność w zakresie rodzajów pomiarów, które można wykonać bez przełączania między lub modyfikowanie dedykowanego oprzyrządowania wyłącznie prądu stałego i przemiennego. Ta modułowość i elastyczność oznacza również, że M81-SSM może być używany do testowania wielu urządzeń w identycznych warunkach, aby zapewnić spójne wyniki.
Moduł pomiaru napięcia VM-10 może wykrywać sygnały z zakresu niskich nanowoltów do 10 V. Działa od prądu stałego do 100 kHz i może wykrywać amplitudę, fazę i harmoniczne. Moduł pomiaru prądu CM-10 umożliwia wykrywanie prądów w zakresie od femtoamperów do 100 mA. Pomiary prądu można wykonywać w zakresie od prądu stałego do 100 kHz i obejmują wykrywanie amplitudy, fazy i harmonicznych.
Moduł zbalansowanego źródła prądu BCS-10 jest programowalny w zakresie od 100 fA do 100 mA od wyjścia DC do 100 kHz sinusoidalnego, natomiast moduł źródła napięcia VS-10 zapewnia programowalne napięcia od 1 µV DC/100 nV AC do ± 10 V przy DC do wyjścia sinusoidalnego 100 kHz.
Przyrząd kontrolny oferuje szereg złączy cyfrowych, w tym USB, GPIB i Ethernet, a także współpracę z zewnętrznymi źródłami odniesienia lub detektorami. Sterownik i moduły to kompaktowe przyrządy stołowe, które można również zamontować w stojaku.
Synchronizacja i integracja
Dzięki wysokiemu stopniowi synchronizacji i integracji możliwości pozyskiwania i pomiarów, M81-SSM może zredukować liczbę oddzielnych przyrządów, w wielu przypadkach do samego systemu M81-SSM, wymaganych do wykonywania precyzyjnych pomiarów. Ten poziom integracji minimalizuje również liczbę i długość kabli zwykle używanych do łączenia oddzielnych źródeł, przyrządów pomiarowych i próbek. Integracja ta pozwala uniknąć wprowadzania efektów pasożytniczych – takich jak wycieki, szumy, rezystancja i reaktancja – które mogą znacznie pogorszyć pomiary.
Moduły zdalne są podłączone do głównego instrumentu za pomocą standardowych, odpornych na zakłócenia kabli zasilających i sygnałowych o długości 2 m, które można opcjonalnie przedłużyć do łącznej długości 6 m pomiędzy instrumentem a dowolnym modułem. Oznacza to, że moduły można umieścić bardzo blisko miejsca dokonywania pomiarów, na przykład w stacji sond kriogenicznych. „Zasadą gry w pomiarach niskiego poziomu jest minimalizacja długości kabli poziomu sygnału” – mówi Cimino. „Dzięki M81-SSM możesz w razie potrzeby umieścić moduły wzmacniacza tuż obok próbki”.
Modułowy charakter systemu oznacza, że można tworzyć szeroką gamę konfiguracji poprzez prostą wymianę podłączonych modułów. To sprawia, że M81-SSM jest niezwykle elastycznym systemem, a jego działanie jest bardziej przewidywalne niż konfiguracje zbudowane z wielu oddzielnych instrumentów i instrumentów pochodzących od różnych dostawców. Co więcej, cały system jest obsługiwany przez jednego dostawcę, co upraszcza i usprawnia obsługę klienta oraz pomoc techniczną.
M81-SSM wykorzystuje opatentowany system analogowy do przesyłania sygnałów pomiędzy sterownikiem a jego modułami. Cimino wyjaśnia, że dzięki temu zaszumione obwody cyfrowe znajdują się z dala od wrażliwych obwodów analogowych w modułach. Minimalizuje to również błędy uziemienia i zapewnia ścisłą synchronizację wszystkich modułów.
Dedykowane przetworniki ADC i DAC
Sygnały z maksymalnie trzech podłączonych modułów pomiarowych są digitalizowane w sterowniku za pomocą dedykowanych przetworników analogowo-cyfrowych (ADC). Sygnały wyjściowe z maksymalnie trzech modułów źródłowych definiowane są przez sterownik za pomocą dedykowanych przetworników cyfrowo-analogowych (DAC).
Przetworniki ADC i DAC są wyzwalane przez narastające zbocze wspólnego sygnału zegarowego MeasureSync. MeasureSync to zgłoszony do opatentowania system synchronizacji sygnału firmy Lake Shore, który wykorzystuje wspólny sygnał zegarowy 375 kHz do aktualizacji i odczytu wszystkich modułów – umożliwiając ciągłe próbkowanie danych na każdym podłączonym kanale zamiast typowych multipleksowanych wielokanałowych alternatyw.
W przerwach pomiędzy zboczami zegara próbkującego dane ADC są odczytywane przez sterownik, a przetworniki DAC są ustawiane tak, aby dostarczały kolejne wartości wyjściowe. Rezultatem jest pełna synchronizacja i ciągłe próbkowanie nawet sześciu podłączonych kanałów wzmacniacza – co oznacza, że można wykonać kilka zsynchronizowanych pomiarów równolegle. Każdy kanał można ustawić do wykonywania pomiarów prądu przemiennego, stałego lub pomiaru blokady. Surowe próbki są pobierane i przetwarzane z szybkością 375 kilopróbek na sekundę (kSa/s), a zakończone pomiary są przesyłane przez sieć LAN, USB lub GPIB do komputera głównego z szybkością do 5 tys. rekordów na sekundę lub zagregowaną szybkością dla 3 kanałów pomiarowych po 15 tys. pomiarów na sekundę. drugi.
Ten wysoki stopień synchronizacji między źródłem a pomiarem oznacza, że M81-SSM może być używany do wykonywania pomiarów blokujących, które mogą wyodrębnić bardzo słabe sygnały z hałaśliwego tła. Jest to znacząca korzyść dla użytkowników, ponieważ pomiary z blokowaniem są zwykle wykonywane przy użyciu dedykowanego wzmacniacza z blokadą, przeznaczonego wyłącznie do pomiarów prądu przemiennego.
Blokada za naciśnięciem przycisku
„Pokazałem niektórym zainteresowanym klientom główne możliwości M81-SSM, a oni pytali: «Więc gdzie jest wzmacniacz blokowany?»”, mówi Cimino. „Na początku widzieli tylko kompaktowe moduły i elementy sterownika i muszę wyjaśniać, że blokowanie odbywa się cyfrowo. „To blokada za naciśnięciem jednego przycisku” – to entuzjastyczna reakcja, jaką otrzymałem od wielu potencjalnych użytkowników.
Cimino dodaje, że zarówno nowicjusze, jak i eksperci doceniają prostotę i intuicyjność skonfigurowania interfejsu użytkownika przez Lake Shore. Cimino, będący ekspertem, mówi, że „jeden użytkownik M81-SSM przyjął nasz sterownik Python jako standard sterownika swojej grupy dla całego swojego sprzętu. Po prostu spodobał mu się sposób, w jaki wyodrębniliśmy elementy sterujące M81-SSM w naszym sterowniku Pythona.
„A jeśli w ogóle nie chcesz programować, nasze oprogramowanie MeasureLINK umożliwia po prostu przeciąganie i upuszczanie poleceń źródłowych i pomiarowych wysokiego poziomu w celu przesyłania strumieniowego danych lub przeprowadzania długotrwałych testów” – mówi Cimino. „Jeśli podczas wykonywania pomiarów elektrycznych chcesz manipulować polem magnetycznym lub temperaturą próbki, możesz to zrobić bez programowania”.
Cimino opisuje interfejs użytkownika M81-SSM jako „wykrywalny” i że każdy użytkownik smartfona (tj. „każdy”) będzie mógł z niego korzystać komfortowo. „Każdy moduł jest reprezentowany w interfejsie, a po kliknięciu modułu pojawia się wirtualny panel przedni tego instrumentu” – wyjaśnia. Domyślne ustawienia interfejsu odpowiadają najczęstszym pomiarom, ale użytkownicy mogą również łatwo poruszać się po interfejsie, aby sterować M81-SSM w sposób odpowiadający ich poziomowi umiejętności i wymaganiom pomiarowym. Zarówno początkującym, jak i doświadczonym użytkownikom firma Lake Shore zapewnia wsparcie zespołu inżynierów aplikacji ze stopniem doktora.
„M81-SSM jest wynikiem pięciu lat naprawdę ciężkiej pracy zespołów inżynieryjnych i aplikacyjnych Lake Shore” – mówi Cimino, dodając, że pozytywne reakcje społeczności użytkowników sugerują, że było warto.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/