M81-SSM de la Lake Shore Cryotronics oferă surse și măsurători DC, AC și blocare.
Sistemele de măsurare de astăzi se pot complica foarte repede. Oamenii de știință care lucrează la vârf în cercetare vor trebui adesea să pună împreună instrumente de la un număr de furnizori diferiți. Acest lucru este problematic deoarece sistemele cu furnizori mixți pot fi dificil de operat și acest lucru poate compromite serios acuratețea și repetabilitatea măsurătorilor efectuate.
Lake Shore Cryotronics a abordat aceste incertitudini cu sistemul său MeasureReady M81-SSM (Synchronous Source and Measure), care permite operarea simultană a până la trei surse și trei module de măsurare de către un singur instrument de control central. M81-SSM folosește tehnologia proprie MeasureSync de la Lake Shore pentru a se asigura că toate sursele conectate și modulele de măsurare sunt actualizate sincron și eșantionate bine cu +/-10 ns unul față de celălalt, la o rată de eșantionare de 375 kHz.
„Am pus în mod intenționat sursa sincronă și capabilitățile de măsurare împreună”, explică Chuck Cimino, care este manager senior de produs la Lake Shore. „Acest lucru permite, de asemenea, utilizarea unei referințe comune de precizie la proba care este caracterizată și asigură o performanță de zgomot minimă în mod constant.”
Compania are sediul în Westerville, Ohio și dezvoltă soluții de măsurare și control de 56 de ani. „Avem mai multe tehnologii brevetate în M81-SSM care permit foarte mult o sincronizare superioară, sursă și măsurare mixte DC și AC și o schimbare mai lină/mai rapidă a intervalului de măsurare a tensiunii”, adaugă el.
În centrul M81-SSM se află un instrument controler care acceptă în prezent patru tipuri diferite de surse și module de măsurare: un modul sursă de tensiune constantă; un modul sursă de curent constant echilibrat sau diferenţial; un modul de măsurare a tensiunii de impedanță de intrare mai mare de 1 TΩ; și un modul de măsurare a curentului de tip tensiune de compensare zero cu polarizare DC programabilă încorporată. Cimino spune că sunt dezvoltate mai multe module specifice aplicației pentru a extinde capacitățile sistemului.
Funcționare cu zgomot extrem de redus
Toate modulele M81-SSM conțin electronice amplificatoare liniare care sunt alimentate de surse de alimentare liniare foarte izolate. Cimino spune că rezultatul este o funcționare cu zgomot extrem de scăzut, care depășește multe dintre cele mai bune instrumente de măsură și sursă cu o singură cutie construite în mod convențional, inclusiv o serie de amplificatoare de blocare utilizate în mod obișnuit.
M81-SSM a fost proiectat de la început pentru a acoperi cea mai largă gamă posibilă de aplicații de caracterizare a tensiunii față de curent, cu cel mai mic zgomot posibil și cea mai rapidă configurație și configurare pentru măsurarea probelor în medii de experiment criogenic și/sau de câmp înalt. Lake Shore are o experiență vastă în caracterizarea materialelor și dispozitivelor în aceste medii și în alte medii extreme și, de asemenea, a folosit pe deplin tehnologiile proprietare de condiționare și măsurare a semnalului, precum și experiența oamenilor de știință ai aplicațiilor companiei, în proiectarea M81-SSM.
Această capacitate de semnal cu putere redusă și zgomot redus face ca M81-SSM să fie foarte util pentru măsurarea efectelor câmpului magnetic folosind diferite structuri de bare Hall și senzori de câmp magnetic. Aceste dispozitive sunt utilizate într-o serie de aplicații, inclusiv experimente de transport de spin și studiul materialelor supraconductoare la temperaturi criogenice. Pe lângă efectuarea de măsurători la temperaturi foarte scăzute, minimizând în același timp auto-încălzirea, M81-SSM poate caracteriza și materialele din încăperi și medii cu temperaturi foarte ridicate, evitând decalajele termice prin sursa de curent alternativ cu detecție blocare.
Măsurătorile cu bară Hall, care sunt utilizate pentru a face măsurători foarte precise ale rezistenței electrice a unei probe, pot fi efectuate foarte eficient folosind combinația de sursă de curent diferenţial și modul de măsurare a tensiunii a M81-SSM. Aplicațiile generale de măsurare a rezistenței cu patru fire beneficiază, de asemenea, de aceste module conectate complet diferențiale cu zgomot redus și putere redusă.
Natura modulară a M81-SSM și capacitatea modulelor de a comuta cu ușurință între modurile de detectare AC (până la 100 kHz), DC și blocare oferă utilizatorilor o mare flexibilitate în ceea ce privește tipurile de măsurători care pot fi efectuate fără a schimba între sau modificarea instrumentelor dedicate numai DC și AC. Această modularitate și flexibilitate înseamnă, de asemenea, că M81-SSM poate fi utilizat pentru a testa mai multe dispozitive în condiții identice pentru a oferi rezultate consistente.
Modulul de măsurare a tensiunii VM-10 poate detecta semnale din gama joasă de nanovolt până la 10 V. Funcționează de la DC până la 100 kHz și poate detecta amplitudinea, fază și armonici. Modulul de măsurare a curentului CM-10 poate detecta curenți în domeniul femtoamperi până la 100 mA. Măsurătorile de curent pot fi făcute de la DC la 100 kHz și includ detectarea amplitudinii, fazei și armonice.
Modulul sursă de curent echilibrat BCS-10 este programabil de la 100 fA la 100 mA de la ieșire sinusoidală DC la 100 kHz, în timp ce modulul sursă de tensiune VS-10 oferă tensiuni programabile de la 1 µV DC/100 nV AC până la ± 10 V cu DC la ieșire sinusoidală de 100 kHz.
Instrumentul de control oferă o gamă de conectivitate digitală, inclusiv USB, GPIB și Ethernet, precum și interfața cu surse de referință externe sau detectoare. Controlerul și modulele sunt instrumente compacte de banc, care pot fi, de asemenea, montate pe rack.
Sincronizare și integrare
Datorită gradului său ridicat de sincronizare și integrare a capacităților de aprovizionare și măsurare, M81-SSM poate reduce numărul de instrumente separate, în multe cazuri doar la sistemul M81-SSM, necesare pentru a efectua măsurători de precizie. Acest nivel de integrare minimizează, de asemenea, numărul și lungimea cablurilor utilizate în mod obișnuit pentru a conecta surse separate, instrumente de măsurare și mostre. Această integrare evită introducerea de efecte parazitare – cum ar fi scurgerile, zgomotul, rezistența și reactanța – toate acestea pot degrada semnificativ măsurătorile.
Modulele de la distanță sunt conectate la instrumentul principal prin cabluri standard de alimentare și semnal imune la zgomot de 2 m, care pot fi extinse opțional la 6 m în total între instrument și orice modul. Aceasta înseamnă că modulele pot fi amplasate foarte aproape de locul în care se fac măsurătorile, cum ar fi într-o stație de sondă criogenică. „Numele jocului în măsurătorile de nivel scăzut este de a minimiza lungimea cablurilor de nivel de semnal”, spune Cimino. „Cu M81-SSM puteți pune modulele amplificatoare chiar lângă eșantion, dacă doriți.”
Natura modulară a sistemului înseamnă că o gamă largă de configurații pot fi create prin simpla schimbare a modulelor conectate. Acest lucru face din M81-SSM un sistem extrem de flexibil, iar performanța sa este mai previzibilă decât setările construite din mai multe instrumente și instrumente separate de la diferiți furnizori. În plus, întregul sistem este susținut de un singur furnizor, ceea ce face ca serviciile pentru clienți și asistența tehnică să fie mai simple și mai raționalizate.
M81-SSM utilizează un sistem analog brevetat pentru a transmite semnale între controler și modulele sale. Cimino explică că acest lucru menține circuitele digitale zgomotoase departe de circuitele analogice sensibile din module. Acest lucru minimizează, de asemenea, erorile la sol și asigură sincronizarea strânsă a tuturor modulelor.
ADC-uri și DAC-uri dedicate
Semnalele de la până la trei module de măsurare conectate sunt digitizate în controler prin convertoare analog-digitale (ADC) dedicate. Semnalele de ieșire de la până la trei module sursă sunt definite de controler prin convertoare digitale-analogice (DAC) dedicate.
ADC-urile și DAC-urile sunt declanșate de marginea ascendentă a unui semnal de ceas MeasureSync partajat. MeasureSync este sistemul de sincronizare a semnalului Lake Shore, în curs de brevetare, care utilizează un semnal comun de ceas de 375 kHz pentru actualizarea și citirea tuturor modulelor – permițând eșantionarea continuă a datelor pe fiecare canal conectat, mai degrabă decât alternativele tipice multiplexate multicanal.
În timpul intervalelor dintre marginile ceasului de eșantionare, datele ADC sunt citite de controler, iar DAC-urile sunt setate pentru a furniza următoarele valori de ieșire. Rezultatul este sincronizarea completă și eșantionarea continuă a până la șase canale de amplificator conectate – ceea ce înseamnă că se pot face mai multe măsurători sincronizate în paralel. Fiecare canal poate fi setat pentru a efectua măsurători AC, DC sau blocare. Eșantioanele brute sunt achiziționate și procesate la 375 kiloprobe pe secundă (kSa/s), iar măsurătorile finalizate sunt transmise prin LAN, USB sau GPIB către un computer gazdă la o viteză de până la 5k de înregistrări pe secundă sau o rată agregată pentru 3 canale de măsură de 15k măsurători pe secundă. al doilea.
Acest grad ridicat de sincronizare între sursă și măsurare înseamnă că M81-SSM poate fi folosit pentru a face măsurători de blocare care pot extrage semnale foarte slabe din fundaluri zgomotoase. Acesta este un beneficiu semnificativ pentru utilizatori, deoarece măsurătorile de blocare sunt de obicei efectuate folosind un instrument de amplificator de blocare dedicat doar măsurătorilor de curent alternativ.
Blocare prin atingerea unui buton
„Le-am demonstrat unor clienți interesați principalele capabilități ale M81-SSM și ei întreabă „deci unde este amplificatorul de blocare?””, spune Cimino. „Inițial, ei văd doar modulele compacte și elementele controlerului și trebuie să explic că blocarea este implementată digital. „Este o blocare prin atingerea unui buton” este răspunsul entuziast pe care l-am primit de la mai mulți potențiali utilizatori.”
Cimino adaugă că începătorii și experții deopotrivă apreciază cât de simplu și intuitiv a configurat Lake Shore interfața cu utilizatorul. La sfârşitul spectrului de utilizator expert, Cimino spune că „un utilizator M81-SSM a adoptat driverul nostru Python ca standard de driver al grupului său pentru toate echipamentele sale. I-a plăcut doar modul în care am extras controalele M81-SSM în driverul nostru Python.”
„Sau dacă nu doriți să programați deloc, software-ul nostru MeasureLINK vă permite doar să glisați și să plasați sursă de nivel înalt și comenzi de măsurare pentru a transmite date în flux sau pentru a face teste de lungă durată”, spune Cimino. „Dacă doriți să manipulați un câmp magnetic sau o temperatură a unei probe în timp ce faceți măsurători electrice, puteți face asta fără programare.”
Cimino descrie interfața cu utilizatorul M81-SSM ca fiind „descoperibilă” și că orice utilizator de smartphone (adică „toată lumea”) ar fi confortabil să o folosească. „Fiecare modul este reprezentat în interfață și când faceți clic pe un modul, vedeți un panou frontal virtual pentru acel instrument”, explică el. Setările implicite de pe interfață corespund celor mai frecvente măsurători, dar utilizatorii pot naviga cu ușurință în interfață pentru a controla M81-SSM într-un mod care se potrivește cu nivelul de calificare și cerințele lor de măsurare. Și pentru utilizatorii începători și experți deopotrivă, Lake Shore oferă suport din partea echipei sale de ingineri de aplicații la nivel de doctorat.
„M81-SSM este rezultatul a cinci ani de muncă foarte grea din partea echipelor de inginerie și aplicații din Lake Shore”, spune Cimino, adăugând că răspunsurile pozitive din partea comunității de utilizatori sugerează că a meritat efortul.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/