M81-SSM podjetja Lake Shore Cryotronics ponuja enosmerni, izmenični in zaklenjeni vir ter merjenje.
Današnji merilni sistemi se lahko zelo hitro zelo zapletejo. Znanstveniki, ki delajo na vrhunskem področju raziskav, bodo pogosto morali združiti instrumente številnih različnih dobaviteljev. To je problematično, ker je lahko sisteme mešanih prodajalcev težko upravljati, kar lahko resno ogrozi natančnost in ponovljivost opravljenih meritev.
Lake Shore Cryotronics je te negotovosti obravnaval s svojim sistemom MeasureReady M81-SSM (sinhroni vir in merjenje), ki omogoča istočasno upravljanje do treh virov in treh merilnih modulov z enim samim osrednjim nadzornim instrumentom. M81-SSM uporablja lastniško tehnologijo MeasureSync Lake Shore, da zagotovi, da se vsi povezani izvorni in merilni moduli sinhrono posodabljajo in vzorčijo med seboj znotraj +/-10 ns pri frekvenci vzorčenja 375 kHz.
»Namenoma smo združili sinhroni vir in merilne zmogljivosti,« pojasnjuje Chuck Cimino, ki je višji produktni vodja pri Lake Shore. "To prav tako omogoča uporabo skupne reference natančnosti vzorca, ki ga karakteriziramo, in zagotavlja dosledno minimalno delovanje hrupa."
Podjetje ima sedež v Westervillu v Ohiu in že 56 let razvija rešitve za merjenje in krmiljenje. »V M81-SSM imamo več patentiranih tehnologij, ki v veliki meri omogočajo vrhunsko sinhronizacijo, mešano napajanje in merjenje enosmernega in izmeničnega toka ter bolj gladko/hitrejše spreminjanje merilnega območja napetosti,« dodaja.
V središču M81-SSM je krmilni instrument, ki trenutno podpira štiri različne vrste izvornih in merilnih modulov: modul vira s konstantno napetostjo; uravnotežen ali diferencialni modul vira stalnega toka; modul za merjenje napetosti vhodne impedance nad 1 TΩ; in modul za merjenje toka napetosti z ničelnim odmikom z vgrajeno programabilno pristranskostjo enosmernega toka. Cimino pravi, da se razvija več modulov, specifičnih za uporabo, da bi razširili zmogljivosti sistema.
Izjemno tiho delovanje
Vsi moduli M81-SSM vsebujejo elektroniko linearnega ojačevalnika, ki se napaja iz visoko izoliranih linearnih napajalnikov. Cimino pravi, da je rezultat izredno tiho delovanje, ki presega številne najboljše konvencionalno zgrajene enotne izvorne in merilne instrumente, vključno s številnimi običajno uporabljenimi ojačevalniki z zaklepom.
M81-SSM je bil že od samega začetka zasnovan za pokrivanje najširšega možnega obsega aplikacij za karakterizacijo napetosti in toka z najmanjšim možnim hrupom ter najhitrejšo konfiguracijo in nastavitvijo za merjenje vzorcev v kriogenih in/ali eksperimentalnih okoljih z visokim poljem. Lake Shore ima bogate izkušnje s karakteriziranjem materialov in naprav v teh in drugih ekstremnih okoljih in je pri načrtovanju M81-SSM v celoti izkoristil lastniške tehnologije za prilagajanje signala in merjenje ter strokovno znanje znanstvenikov na področju aplikacij.
Ta zmožnost signala z nizko porabo energije in nizkim šumom naredi M81-SSM zelo uporabnega za merjenje učinkov magnetnega polja z uporabo različnih Hallovih struktur in senzorjev magnetnega polja. Te naprave se uporabljajo v številnih aplikacijah, vključno s poskusi vrtenja in preučevanjem superprevodnih materialov pri kriogenih temperaturah. Poleg izvajanja meritev pri zelo nizkih temperaturah ob zmanjšanju samosegrevanja lahko M81-SSM tudi karakterizira materiale v sobnih okoljih in okoljih z zelo visoko temperaturo, pri čemer se izogne toplotnim odmikom prek izvora AC z zaznavanjem zaklepanja.
Meritve s Hall barom, ki se uporabljajo za zelo natančne meritve električnega upora vzorca, je mogoče zelo učinkovito opraviti z uporabo kombinacije diferenčnega tokovnega vira M81-SSM in modula za merjenje napetosti. Splošne aplikacije za merjenje upora s štirimi žicami imajo tudi koristi od teh popolnoma diferencialno povezanih modulov z nizko porabo hrupa.
Modularna narava M81-SSM in zmožnost modulov, da enostavno preklapljajo med AC (do 100 kHz), DC in načini zaznavanja z zaklepom, daje uporabnikom veliko prilagodljivost pri vrstah meritev, ki jih je mogoče izvesti brez zamenjave med ali spreminjanje namenske instrumentacije samo za enosmerni in izmenični tok. Ta modularnost in prilagodljivost tudi pomenita, da je M81-SSM mogoče uporabiti za testiranje več naprav pod enakimi pogoji za zagotavljanje doslednih rezultatov.
Modul za merjenje napetosti VM-10 lahko zazna signale iz nizkega nanovoltnega območja do 10 V. Deluje od DC do 100 kHz in lahko zazna amplitudo, fazo in harmonike. Modul za merjenje toka CM-10 lahko zazna tokove v območju od femtoamperov do 100 mA. Meritve toka se lahko izvedejo od DC do 100 kHz in vključujejo zaznavanje amplitude, faze in harmonike.
Modul uravnoteženega tokovnega vira BCS-10 je mogoče programirati od 100 fA do 100 mA od enosmernega do 100 kHz sinusnega izhoda, medtem ko modul napetostnega vira VS-10 zagotavlja programabilne napetosti od 1 µV DC/100 nV AC do ± 10 V z DC do 100 kHz sinusni izhod.
Krmilni instrument ponuja vrsto digitalnih povezav, vključno z USB, GPIB in Ethernet, kot tudi povezovanje z zunanjimi referenčnimi viri ali detektorji. Krmilnik in moduli so kompaktni namizni instrumenti, ki jih je mogoče namestiti tudi v stojalo.
Sinhronizacija in integracija
Zahvaljujoč visoki stopnji sinhronizacije in integracije zmožnosti pridobivanja in merjenja lahko M81-SSM zmanjša število ločenih instrumentov, v mnogih primerih samo na sistem M81-SSM, ki so potrebni za natančne meritve. Ta stopnja integracije prav tako zmanjšuje število in dolžino kablov, ki se običajno uporabljajo za povezavo ločenih virov, merilnih instrumentov in vzorcev. Ta integracija preprečuje uvedbo parazitskih učinkov – kot so uhajanje, hrup, upor in reaktanca – ki lahko vsi znatno poslabšajo meritve.
Oddaljeni moduli so povezani z glavnim instrumentom prek standardnih 2 m proti motnjam odpornih napajalnih in signalnih kablov, ki jih je mogoče po želji razširiti na skupno 6 m med instrumentom in katerim koli modulom. To pomeni, da je mogoče module postaviti zelo blizu mesta, kjer se izvajajo meritve, na primer v postaji za kriogene sonde. "Ime igre pri meritvah nizkega nivoja je zmanjšati dolžino kablov za nivo signala," pravi Cimino. "Z M81-SSM lahko ojačevalne module postavite tik ob vzorec, če želite."
Modularna narava sistema pomeni, da je mogoče ustvariti široko paleto konfiguracij s preprosto zamenjavo povezanih modulov. Zaradi tega je M81-SSM izjemno prilagodljiv sistem in njegovo delovanje je bolj predvidljivo kot nastavitve, sestavljene iz več ločenih instrumentov in instrumentov različnih prodajalcev. Poleg tega celoten sistem podpira en dobavitelj, zaradi česar je storitev za stranke in tehnična pomoč enostavnejša in bolj racionalizirana.
M81-SSM uporablja patentiran analogni sistem za prenos signalov med krmilnikom in njegovimi moduli. Cimino pojasnjuje, da to ohranja hrupna digitalna vezja daleč stran od občutljivih analognih vezij v modulih. To prav tako zmanjšuje napake na tleh in zagotavlja tesno sinhronizacijo vseh modulov.
Namenski ADC in DAC
Signali iz do treh priključenih merilnih modulov so v krmilniku digitalizirani z namenskimi analogno-digitalnimi (ADC) pretvorniki. Izhodne signale iz do treh izvornih modulov določa krmilnik z namenskimi digitalno-analognimi pretvorniki (DAC).
ADC in DAC se sprožijo z naraščajočim robom skupnega signala ure MeasureSync. MeasureSync je patentiran sistem za sinhronizacijo signalov Lake Shore, ki uporablja skupni taktni signal 375 kHz za posodabljanje in branje vseh modulov – omogoča neprekinjeno vzorčenje podatkov na vsakem povezanem kanalu namesto tipičnih multipleksiranih večkanalnih alternativ.
Med presledki med robovi takta vzorčenja krmilnik prebere podatke ADC, DAC-ji pa so nastavljeni tako, da zagotavljajo naslednje izhodne vrednosti. Rezultat je popolna sinhronizacija in neprekinjeno vzorčenje do šestih povezanih ojačevalnih kanalov – kar pomeni, da je več sinhroniziranih meritev mogoče opraviti vzporedno. Vsak kanal je mogoče nastaviti tako, da izvaja meritve AC, DC ali lock-in. Neobdelani vzorci so pridobljeni in obdelani pri 375 kilovzorcih na sekundo (kSa/s), zaključene meritve pa se prenesejo prek LAN, USB ali GPIB v gostiteljski računalnik s hitrostjo do 5k zapisov na sekundo ali s skupno hitrostjo za 3 merilne kanale s 15k meritvami na drugo.
Ta visoka stopnja sinhronizacije med virom in meritvijo pomeni, da je mogoče M81-SSM uporabiti za izvajanje zaklenjenih meritev, ki lahko izločijo zelo šibke signale iz hrupnih okolij. To je pomembna prednost za uporabnike, ker se zaklenjene meritve običajno izvajajo z uporabo namenskega zaklenjenega ojačevalnega instrumenta za meritve izmeničnega toka.
Zaklepanje s pritiskom na gumb
»Nekaterim zainteresiranim strankam sem demonstriral glavne zmožnosti M81-SSM in vprašali so 'kje je torej ojačevalnik z zaklepom?',« pravi Cimino. »Na začetku vidijo samo kompaktne module in krmilne elemente, zato moram pojasniti, da je zaklepanje izvedeno digitalno. 'To je zaklepanje s pritiskom na gumb' je navdušen odgovor, ki sem ga dobil od številnih potencialnih uporabnikov.”
Cimino dodaja, da novinci in strokovnjaki cenijo, kako preprosto in intuitivno je Lake Shore konfiguriral uporabniški vmesnik. Na koncu spektra strokovnih uporabnikov Cimino pravi, da je »en uporabnik M81-SSM sprejel naš gonilnik Python kot standard gonilnika svoje skupine za vso svojo opremo. Všeč mu je bil način, kako smo abstrahirali kontrole M81-SSM v našem gonilniku Python.«
»Če pa sploh ne želite programirati, vam naša programska oprema MeasureLINK omogoča, da preprosto povlečete in spustite vir in merilne ukaze na visoki ravni za pretakanje podatkov ali za dolgotrajno testiranje,« pravi Cimino. "Če želite med izvajanjem električnih meritev manipulirati z magnetnim poljem ali temperaturo vzorca, lahko to storite brez programiranja."
Cimino opisuje uporabniški vmesnik M81-SSM kot "odkrit" in da bi ga vsak uporabnik pametnega telefona (tj. "vsi") zlahka uporabljal. »Vsak modul je predstavljen v vmesniku in ko kliknete na modul, vidite navidezno sprednjo ploščo za ta instrument,« pojasnjuje. Privzete nastavitve na vmesniku ustrezajo najpogostejšim meritvam, vendar lahko uporabniki tudi preprosto krmarijo po vmesniku za nadzor M81-SSM na način, ki ustreza njihovi ravni znanja in zahtevam glede merjenja. Za začetnike in izkušene uporabnike Lake Shore nudi podporo svoje ekipe inženirjev za aplikacije z doktoratom.
»M81-SSM je rezultat petletnega res trdega dela inženirskih in aplikacijskih ekip Lake Shore,« pravi Cimino in dodaja, da pozitivni odzivi skupnosti uporabnikov kažejo, da je bilo vredno truda.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/