Hệ thống đo và nguồn đồng bộ áp dụng cách tiếp cận mô-đun cho phép đo mức độ thấp – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement-physics-world-2.jpg" data-caption="Mô-đun đồng bộ Bộ điều khiển M81-SSM hiển thị với hai mô-đun nguồn (trái); hai mô-đun đo (phải); tất cả được kết nối với một thiết bị đang được thử nghiệm. Hệ thống có thể hỗ trợ tối đa sáu mô-đun cùng một lúc. (Được phép: Lake Shore Cryotronics) “>

Các hệ thống đo lường ngày nay có thể nhanh chóng trở nên rất phức tạp. Các nhà khoa học làm việc ở lĩnh vực nghiên cứu tiên tiến thường sẽ phải lắp ráp các thiết bị từ một số nhà cung cấp khác nhau. Đây là vấn đề vì hệ thống của nhiều nhà cung cấp hỗn hợp có thể khó vận hành và điều này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác và độ lặp lại của các phép đo được thực hiện.

Lake Shore Cryotronics đã giải quyết những vấn đề không chắc chắn này bằng hệ thống MeasureReady M81-SSM (Nguồn đồng bộ và Đo lường), cho phép vận hành đồng thời tối đa ba nguồn và ba mô-đun đo lường bằng một công cụ điều khiển trung tâm duy nhất. M81-SSM sử dụng công nghệ MeasureSync độc quyền của Lake Shore để đảm bảo rằng tất cả các mô-đun đo và nguồn được kết nối đều được cập nhật đồng bộ và lấy mẫu tốt trong phạm vi +/- 10 ns của nhau ở tốc độ lấy mẫu 375 kHz.

Chuck Cimino, giám đốc sản phẩm cấp cao tại Lake Shore, giải thích: “Chúng tôi cố tình kết hợp các khả năng nguồn và đo lường đồng bộ với nhau”. “Điều này cũng cho phép sử dụng tham chiếu chính xác chung cho mẫu đang được mô tả và đảm bảo hiệu suất nhiễu ở mức tối thiểu một cách nhất quán.”

Công ty có trụ sở chính tại Westerville, Ohio và đã phát triển các giải pháp đo lường và điều khiển trong 56 năm. Ông cho biết thêm: “Chúng tôi có nhiều công nghệ được cấp bằng sáng chế trong M81-SSM cho phép đồng bộ hóa vượt trội, đo lường và nguồn DC và AC hỗn hợp cũng như thay đổi phạm vi đo điện áp mượt mà/nhanh hơn”.

Trọng tâm của M81-SSM là một thiết bị điều khiển hiện hỗ trợ bốn loại mô-đun nguồn và đo lường khác nhau: mô-đun nguồn điện áp không đổi; một mô-đun nguồn dòng không đổi cân bằng hoặc vi sai; mô-đun đo điện áp trở kháng đầu vào lớn hơn 1 TΩ; và một mô-đun đo dòng điện loại điện áp bù bằng XNUMX có tích hợp độ lệch DC có thể lập trình. Cimino cho biết rằng nhiều mô-đun loại dành riêng cho ứng dụng hơn đang được phát triển để mở rộng khả năng của hệ thống.

Hoạt động cực kỳ ít tiếng ồn

Tất cả các mô-đun M81-SSM đều chứa các thiết bị điện tử khuếch đại tuyến tính được cấp nguồn bằng nguồn điện tuyến tính cách ly cao. Cimino cho biết kết quả là hoạt động có độ ồn cực thấp, vượt xa nhiều thiết bị đo và nguồn hộp đơn được chế tạo thông thường tốt nhất, bao gồm một số bộ khuếch đại khóa thường được sử dụng.

M81-SSM được thiết kế ngay từ đầu để đáp ứng phạm vi rộng nhất có thể của các ứng dụng mô tả đặc tính điện áp so với dòng điện với độ ồn thấp nhất có thể cũng như cấu hình và thiết lập nhanh nhất để đo mẫu trong môi trường thí nghiệm đông lạnh và/hoặc trường cao. Lake Shore có nhiều kinh nghiệm trong việc mô tả đặc tính của các vật liệu và thiết bị trong những môi trường khắc nghiệt này và các môi trường khắc nghiệt khác, đồng thời cũng đã tận dụng tối đa các công nghệ đo lường và điều hòa tín hiệu độc quyền cũng như kiến ​​thức chuyên môn của các nhà khoa học ứng dụng của công ty trong thiết kế M81-SSM.

Khả năng tín hiệu ít nhiễu và năng lượng thấp này giúp M81-SSM rất hữu ích trong việc đo hiệu ứng từ trường bằng cách sử dụng các cấu trúc thanh Hall và cảm biến từ trường khác nhau. Những thiết bị này được sử dụng trong một số ứng dụng, bao gồm các thí nghiệm vận chuyển spin và nghiên cứu vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ đông lạnh. Cùng với việc thực hiện các phép đo ở nhiệt độ rất thấp đồng thời giảm thiểu hiện tượng tự phát nhiệt, M81-SSM còn có thể mô tả đặc tính của vật liệu trong môi trường phòng và nhiệt độ rất cao, tránh hiện tượng bù nhiệt thông qua nguồn AC có tính năng phát hiện khóa.

Các phép đo thanh Hall, được sử dụng để thực hiện các phép đo rất chính xác về điện trở của mẫu, có thể được thực hiện rất hiệu quả bằng cách sử dụng kết hợp mô-đun đo điện áp và nguồn dòng vi sai của M81-SSM. Các ứng dụng đo điện trở bốn dây thông thường cũng được hưởng lợi từ các mô-đun kết nối vi sai hoàn toàn có độ ồn thấp, công suất thấp này.

Bản chất mô-đun của M81-SSM và khả năng chuyển đổi dễ dàng của các mô-đun giữa các chế độ phát hiện AC (lên đến 100 kHz), DC và khóa giúp người dùng có sự linh hoạt cao trong các loại phép đo có thể được thực hiện mà không cần chuyển đổi giữa hoặc sửa đổi thiết bị đo chỉ DC và AC chuyên dụng. Tính mô-đun và tính linh hoạt này cũng có nghĩa là M81-SSM có thể được sử dụng để kiểm tra nhiều thiết bị trong các điều kiện giống nhau nhằm mang lại kết quả nhất quán.

Mô-đun đo điện áp VM-10 có thể phát hiện các tín hiệu từ dải nanovolt thấp lên đến 10 V. Nó hoạt động từ DC lên đến 100 kHz và có thể phát hiện biên độ, pha và sóng hài. Mô-đun đo dòng điện CM-10 có thể phát hiện dòng điện trong phạm vi femtoampere đến 100 mA. Các phép đo dòng điện có thể được thực hiện từ DC đến 100 kHz và bao gồm phát hiện biên độ, pha và sóng hài.

Mô-đun nguồn dòng cân bằng BCS-10 có thể lập trình từ 100 fA đến 100 mA từ đầu ra hình sin DC đến 100 kHz, trong khi mô-đun nguồn điện áp VS-10 cung cấp điện áp lập trình từ 1 µV DC/100 nV AC lên đến ± 10 V với DC đầu ra hình sin đến 100 kHz.

Thiết bị điều khiển cung cấp nhiều kết nối kỹ thuật số bao gồm USB, GPIB và Ethernet cũng như giao tiếp với các nguồn tham chiếu hoặc máy dò bên ngoài. Bộ điều khiển và mô-đun là những thiết bị để bàn nhỏ gọn cũng có thể được gắn trên giá đỡ.

Đồng bộ hóa và tích hợp

Nhờ mức độ đồng bộ hóa và tích hợp cao về khả năng tìm nguồn và đo lường, M81-SSM có thể giảm số lượng thiết bị riêng biệt, trong nhiều trường hợp chỉ còn hệ thống M81-SSM, cần thiết để thực hiện các phép đo chính xác. Mức độ tích hợp này cũng giảm thiểu số lượng và độ dài của cáp thường được sử dụng để kết nối các nguồn, dụng cụ đo và mẫu riêng biệt. Sự tích hợp này tránh gây ra các hiệu ứng ký sinh – chẳng hạn như rò rỉ, tiếng ồn, điện trở và phản ứng – tất cả những yếu tố này có thể làm giảm đáng kể kết quả đo.

Các mô-đun từ xa được kết nối với thiết bị chính thông qua cáp tín hiệu và nguồn chống ồn tiêu chuẩn dài 2 m, có thể tùy chọn kéo dài tổng chiều dài lên 6 m giữa thiết bị và bất kỳ mô-đun nào. Điều này có nghĩa là các mô-đun có thể được đặt rất gần nơi thực hiện phép đo, chẳng hạn như trong trạm thăm dò đông lạnh. Cimino cho biết: “Mục tiêu của các phép đo mức độ thấp là giảm thiểu độ dài của cáp mức tín hiệu”. “Với M81-SSM, bạn có thể đặt các mô-đun bộ khuếch đại ngay bên cạnh mẫu nếu muốn.”

Bản chất mô-đun của hệ thống có nghĩa là có thể tạo ra nhiều cấu hình khác nhau chỉ bằng cách hoán đổi các mô-đun được kết nối. Điều này làm cho M81-SSM trở thành một hệ thống cực kỳ linh hoạt và hiệu suất của nó dễ dự đoán hơn so với các thiết lập được xây dựng từ nhiều dụng cụ và dụng cụ riêng biệt từ các nhà cung cấp khác nhau. Hơn nữa, toàn bộ hệ thống được hỗ trợ bởi một nhà cung cấp, giúp dịch vụ khách hàng và hỗ trợ kỹ thuật trở nên đơn giản và hợp lý hơn.

M81-SSM sử dụng hệ thống tương tự được cấp bằng sáng chế để truyền tín hiệu giữa bộ điều khiển và các mô-đun của nó. Cimino giải thích rằng điều này giúp các mạch kỹ thuật số ồn ào cách xa các mạch tương tự nhạy cảm trong mô-đun. Điều này cũng giảm thiểu lỗi nối đất và đảm bảo sự đồng bộ chặt chẽ của tất cả các mô-đun.

ADC và DAC chuyên dụng

Tín hiệu từ tối đa ba mô-đun đo được kết nối được số hóa trong bộ điều khiển bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) chuyên dụng. Tín hiệu đầu ra từ tối đa ba mô-đun nguồn được bộ điều khiển xác định bằng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) chuyên dụng.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement-physics-world-1.jpg" data-caption="Thời gian chính xác Up to three measure modules and three source modules can be synchronized by the M81-SSM using Lake Shore’s MeasureSync technology. (Courtesy: Lake Shore Cryotronics)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement-physics-world-1.jpg”>

ADC và DAC được kích hoạt bởi cạnh lên của tín hiệu đồng hồ MeasureSync được chia sẻ. MeasureSync là hệ thống đồng bộ hóa tín hiệu đang chờ cấp bằng sáng chế của Lake Shore, sử dụng tín hiệu xung nhịp 375 kHz chung để cập nhật và đọc tất cả các mô-đun – cho phép lấy mẫu dữ liệu liên tục trên mọi kênh được kết nối thay vì các giải pháp thay thế đa kênh thông thường.

Trong khoảng trống giữa các cạnh xung nhịp lấy mẫu, dữ liệu ADC được bộ điều khiển đọc và DAC được thiết lập để cung cấp các giá trị đầu ra tiếp theo. Kết quả là sự đồng bộ hóa hoàn toàn và lấy mẫu liên tục lên đến sáu kênh khuếch đại được kết nối – có nghĩa là có thể thực hiện song song một số phép đo đồng bộ. Mỗi kênh có thể được thiết lập để thực hiện các phép đo AC, DC hoặc khóa. Các mẫu thô được thu thập và xử lý ở tốc độ 375 kilosamples mỗi giây (kSa/s) và các phép đo hoàn chỉnh được truyền qua mạng LAN, USB hoặc GPIB đến PC chủ với tốc độ lên tới 5k bản ghi mỗi giây hoặc tốc độ tổng hợp cho 3 kênh đo 15k phép đo mỗi giây. thứ hai.

Mức độ đồng bộ hóa cao giữa nguồn và phép đo có nghĩa là M81-SSM có thể được sử dụng để thực hiện các phép đo khóa có thể trích xuất các tín hiệu rất yếu từ nền nhiễu. Đây là một lợi ích đáng kể cho người dùng vì các phép đo khóa thường được thực hiện bằng thiết bị khuếch đại khóa cố định chuyên dụng chỉ dành cho phép đo AC.

Khóa chỉ bằng một nút bấm

Cimino nói: “Tôi đã trình diễn cho một số khách hàng quan tâm những khả năng chính của M81-SSM và họ hỏi 'vậy bộ khuếch đại khóa ở đâu?'. “Ban đầu, họ chỉ nhìn thấy các mô-đun nhỏ gọn và các bộ phận điều khiển, và tôi phải giải thích rằng việc khóa được thực hiện bằng kỹ thuật số. 'Chỉ cần chạm vào nút là có thể khóa' là phản hồi nhiệt tình mà tôi nhận được từ nhiều người dùng tiềm năng.”

Cimino cho biết thêm rằng những người mới sử dụng cũng như các chuyên gia đều đánh giá cao cách Lake Shore đã cấu hình giao diện người dùng một cách đơn giản và trực quan. Ở cấp độ người dùng chuyên nghiệp, Cimino nói rằng “một người dùng M81-SSM đã sử dụng trình điều khiển Python của chúng tôi làm tiêu chuẩn trình điều khiển của nhóm trên tất cả các thiết bị của anh ấy. Anh ấy chỉ thích cách chúng tôi trừu tượng hóa các điều khiển M81-SSM trong trình điều khiển Python của chúng tôi.”

Cimino cho biết: “Hoặc nếu bạn không muốn lập trình, phần mềm MeasureLINK của chúng tôi cho phép bạn chỉ cần kéo và thả các lệnh đo lường và nguồn cấp cao để truyền dữ liệu hoặc thực hiện kiểm tra trong thời gian dài”. “Nếu bạn muốn điều khiển từ trường hoặc nhiệt độ mẫu trong khi thực hiện các phép đo điện, bạn có thể thực hiện điều đó mà không cần lập trình.”

Cimino mô tả giao diện người dùng của M81-SSM là “có thể khám phá” và bất kỳ người dùng điện thoại thông minh nào (tức là “mọi người”) đều cảm thấy thoải mái khi sử dụng nó. Ông giải thích: “Mỗi mô-đun được thể hiện trong giao diện và khi bạn nhấp vào một mô-đun, bạn sẽ thấy bảng mặt trước ảo cho nhạc cụ đó. Cài đặt mặc định trên giao diện tương ứng với các phép đo phổ biến nhất nhưng người dùng cũng có thể dễ dàng điều hướng giao diện để điều khiển M81-SSM theo cách phù hợp với trình độ kỹ năng và yêu cầu đo lường của họ. Và đối với người dùng mới cũng như người dùng chuyên nghiệp, Lake Shore cung cấp sự hỗ trợ từ đội ngũ kỹ sư ứng dụng cấp tiến sĩ.

Cimino cho biết: “M81-SSM là kết quả của XNUMX năm làm việc thực sự chăm chỉ của các nhóm kỹ thuật và ứng dụng của Lake Shore,” đồng thời cho biết thêm rằng những phản hồi tích cực từ cộng đồng người dùng cho thấy nỗ lực này rất đáng giá.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/