Lake Shore Cryotronics의 M81-SSM은 DC, AC 및 고정 소스와 측정 기능을 제공합니다.
오늘날의 측정 시스템은 매우 빠르게 복잡해질 수 있습니다. 최첨단 연구에 종사하는 과학자들은 다양한 공급업체의 장비를 함께 연결해야 하는 경우가 많습니다. 혼합 공급업체 시스템은 작동하기 어려울 수 있고 이로 인해 수행되는 측정의 정확성과 반복성이 심각하게 손상될 수 있기 때문에 이는 문제가 됩니다.
Lake Shore Cryotronics는 단일 중앙 제어 장비로 최대 81개의 소스 및 81개의 측정 모듈을 동시에 작동할 수 있는 MeasureReady M10-SSM(동기 소스 및 측정) 시스템을 통해 이러한 불확실성을 해결했습니다. M375-SSM은 Lake Shore의 독점적인 MeasureSync 기술을 사용하여 연결된 모든 소스 및 측정 모듈이 XNUMXkHz 샘플링 속도에서 서로 +/-XNUMXns 내에서 동기식으로 업데이트되고 샘플링되도록 합니다.
Lake Shore의 수석 제품 관리자인 Chuck Cimino는 "우리는 동기식 소스 및 측정 기능을 의도적으로 결합했습니다."라고 설명합니다. "또한 이를 통해 특성화되는 샘플에 대한 공통 정확도 참조를 사용할 수 있으며 지속적으로 최소 노이즈 성능을 보장합니다."
이 회사는 오하이오주 웨스터빌에 본사를 두고 있으며 56년 동안 측정 및 제어 솔루션을 개발해 왔습니다. “M81-SSM에는 탁월한 동기화, DC 및 AC 혼합 소싱 및 측정, 보다 원활하고 빠른 전압 측정 범위 변경을 가능하게 하는 여러 가지 특허 기술이 있습니다.”라고 그는 덧붙입니다.
M81-SSM의 핵심은 현재 1가지 유형의 소스 및 측정 모듈을 지원하는 컨트롤러 장비입니다. 정전압 소스 모듈; 평형 또는 차동 정전류 소스 모듈; XNUMXTΩ보다 큰 입력 임피던스 전압 측정 모듈; 프로그래밍 가능한 DC 바이어스가 내장된 제로 오프셋 전압 유형 전류 측정 모듈이 내장되어 있습니다. Cimino는 시스템 기능을 확장하기 위해 더 많은 애플리케이션별 유형 모듈이 개발되고 있다고 말합니다.
매우 낮은 소음 작동
모든 M81-SSM 모듈에는 고도로 절연된 선형 전원 공급 장치로 구동되는 선형 증폭기 전자 장치가 포함되어 있습니다. Cimino는 그 결과 일반적으로 사용되는 여러 잠금 증폭기를 포함하여 기존에 구축된 최고의 단일 박스 소스 및 측정 장비를 능가하는 극도로 낮은 노이즈 작동이 가능하다고 말합니다.
M81-SSM은 극저온 및/또는 높은 전기장 실험 환경에서 샘플을 측정하기 위한 가장 낮은 노이즈와 가장 빠른 구성 및 설정을 통해 가능한 가장 넓은 범위의 전압 대 전류 특성화 애플리케이션을 포괄하도록 처음부터 설계되었습니다. Lake Shore는 이러한 극한 환경과 기타 극한 환경에서 재료와 장치를 특성화하는 광범위한 경험을 보유하고 있으며 M81-SSM 설계에 독점적인 신호 조절 및 측정 기술은 물론 회사의 응용 과학자의 전문 지식도 충분히 활용했습니다.
이러한 저전력 및 저잡음 신호 기능 덕분에 M81-SSM은 다양한 홀 바 구조 및 자기장 센서를 사용하여 자기장 효과를 측정하는 데 매우 유용합니다. 이러한 장치는 스핀 수송 실험과 극저온에서의 초전도 물질 연구를 포함한 다양한 응용 분야에 사용됩니다. M81-SSM은 자체 발열을 최소화하면서 매우 낮은 온도에서 측정할 수 있을 뿐만 아니라 실내 및 매우 높은 온도 환경의 재료를 특성화하여 잠금 감지 기능이 있는 AC 소싱을 통해 열 오프셋을 방지할 수 있습니다.
샘플의 전기 저항을 매우 정밀하게 측정하는 데 사용되는 홀 바 측정은 M81-SSM의 차동 전류 소스와 전압 측정 모듈 조합을 사용하여 매우 효과적으로 수행할 수 있습니다. 일반 XNUMX와이어 저항 측정 애플리케이션에도 이러한 저잡음, 저전력 완전 차동 연결 모듈의 이점이 있습니다.
M81-SSM의 모듈식 특성과 AC(최대 100kHz), DC 및 잠금 감지 모드 간에 쉽게 전환할 수 있는 모듈 기능은 사용자에게 또는 전환 없이 수행할 수 있는 측정 유형에 큰 유연성을 제공합니다. 전용 DC 및 AC 전용 계측 수정. 이러한 모듈성과 유연성은 M81-SSM을 사용하여 동일한 조건에서 여러 장치를 테스트하여 일관된 결과를 제공할 수 있음을 의미합니다.
VM-10 전압 측정 모듈은 최대 10V의 낮은 나노볼트 범위에서 신호를 감지할 수 있습니다. DC에서 최대 100kHz까지 작동하며 진폭, 위상 및 고조파를 감지할 수 있습니다. CM-10 전류 측정 모듈은 펨토암페어부터 100mA 범위까지의 전류를 감지할 수 있습니다. 전류 측정은 DC부터 100kHz까지 가능하며 진폭, 위상 및 고조파 감지가 포함됩니다.
BCS-10 평형 전류 소스 모듈은 DC에서 100kHz 정현파 출력까지 100fA부터 100mA까지 프로그래밍 가능하며, VS-10 전압 소스 모듈은 DC를 통해 1μV DC/100nV AC에서 최대 ± 10V까지 프로그래밍 가능한 전압을 제공합니다. ~ 100kHz 정현파 출력.
컨트롤러 계측기는 USB, GPIB 및 이더넷을 포함한 다양한 디지털 연결은 물론 외부 참조 소스 또는 감지기와의 인터페이스도 제공합니다. 컨트롤러와 모듈은 랙에 장착할 수도 있는 소형 벤치탑 장비입니다.
동기화 및 통합
높은 수준의 동기화와 소싱 및 측정 기능의 통합 덕분에 M81-SSM은 정밀 측정에 필요한 개별 장비의 수를 대부분의 경우 M81-SSM 시스템으로 줄일 수 있습니다. 이러한 통합 수준은 또한 별도의 소스, 측정 장비 및 샘플을 연결하는 데 일반적으로 사용되는 케이블의 수와 길이를 최소화합니다. 이러한 통합은 측정 성능을 크게 저하시킬 수 있는 누설, 잡음, 저항 및 리액턴스와 같은 기생 효과의 도입을 방지합니다.
원격 모듈은 표준 2m 잡음 방지 전원 및 신호 케이블을 통해 주 장비에 연결되며, 장비와 하나의 모듈 사이에서 선택적으로 총 6m까지 확장할 수 있습니다. 이는 모듈을 극저온 프로브 스테이션과 같이 측정이 수행되는 위치에 매우 가깝게 배치할 수 있음을 의미합니다. Cimino는 "낮은 레벨 측정의 핵심은 신호 레벨 케이블의 길이를 최소화하는 것입니다."라고 말합니다. "M81-SSM을 사용하면 원하는 경우 샘플 바로 옆에 증폭기 모듈을 배치할 수 있습니다."
시스템의 모듈형 특성은 연결된 모듈을 간단히 교체하여 광범위한 구성을 만들 수 있음을 의미합니다. 이로 인해 M81-SSM은 매우 유연한 시스템이 되며 여러 공급업체의 여러 별도 장비로 구축된 설정보다 성능을 더 예측하기 쉽습니다. 또한 전체 시스템이 하나의 공급업체에 의해 지원되므로 고객 서비스와 기술 지원이 더욱 간단하고 능률화됩니다.
M81-SSM은 특허받은 아날로그 시스템을 사용하여 컨트롤러와 모듈 간에 신호를 전송합니다. Cimino는 이것이 모듈의 민감한 아날로그 회로로부터 시끄러운 디지털 회로를 멀리 유지한다고 설명합니다. 이는 또한 접지 오류를 최소화하고 모든 모듈의 긴밀한 동기화를 보장합니다.
전용 ADC 및 DAC
최대 3개 연결된 측정 모듈의 신호는 전용 아날로그-디지털(ADC) 변환기를 통해 컨트롤러에서 디지털화됩니다. 최대 3개 소스 모듈의 출력 신호는 전용 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 통해 컨트롤러에 의해 정의됩니다.
ADC 및 DAC는 공유 MeasureSync 클록 신호의 상승 에지에 의해 트리거됩니다. MeasureSync는 모든 모듈을 업데이트하고 읽기 위해 공통 375kHz 클록 신호를 사용하는 Lake Shore의 특허 출원 중인 신호 동기화 시스템으로, 일반적인 다중화 다중 채널 대안이 아닌 연결된 모든 채널에서 지속적인 데이터 샘플링을 가능하게 합니다.
샘플링 클록 에지 사이의 간격 동안 컨트롤러는 ADC 데이터를 읽고 DAC는 다음 출력 값을 제공하도록 설정됩니다. 그 결과 최대 375개의 연결된 증폭기 채널이 완전히 동기화되고 연속 샘플링됩니다. 이는 여러 동기화된 측정을 병렬로 수행할 수 있음을 의미합니다. 각 채널은 AC, DC 또는 잠금 측정을 수행하도록 설정할 수 있습니다. 원시 샘플은 초당 5kSa/s의 속도로 수집 및 처리되며 완료된 측정은 LAN, USB 또는 GPIB를 통해 초당 최대 3개 레코드 또는 초당 15개 측정의 XNUMX개 측정 채널에 대한 집계 속도로 호스트 PC로 전송됩니다. 두번째.
소스와 측정 간의 이러한 높은 수준의 동기화는 M81-SSM을 사용하여 잡음이 있는 배경에서 매우 약한 신호를 추출할 수 있는 고정 측정을 수행할 수 있음을 의미합니다. 락인 측정은 일반적으로 전용 AC 측정 전용 락인 증폭기 장비를 사용하여 수행되므로 이는 사용자에게 중요한 이점입니다.
버튼 하나로 잠금
Cimino는 "일부 관심 있는 고객에게 M81-SSM의 주요 기능을 시연했는데 고객이 '그래서 잠금 증폭기는 어디에 있나요?'라고 묻습니다."라고 말했습니다. “처음에는 컴팩트한 모듈과 컨트롤러 요소만 보는데, 잠금 장치가 디지털 방식으로 구현된다는 점을 설명해야 합니다. '버튼만 누르면 잠금이 해제됩니다'는 여러 잠재 사용자로부터 열렬한 반응을 얻었습니다.”
Cimino는 초보자와 전문가 모두 Lake Shore가 사용자 인터페이스를 얼마나 간단하고 직관적으로 구성했는지 높이 평가한다고 덧붙였습니다. 전문가 사용자 범위에서 Cimino는 “한 M81-SSM 사용자가 모든 장비에 걸쳐 그룹의 드라이버 표준으로 Python 드라이버를 채택했습니다. 그는 Python 드라이버에서 M81-SSM 컨트롤을 추상화하는 방식을 좋아했습니다.”
"또는 프로그래밍을 전혀 원하지 않는 경우 MeasureLINK 소프트웨어를 사용하면 높은 수준의 소스 및 측정 명령을 끌어서 놓아 데이터를 스트리밍하거나 장기간 테스트를 수행할 수 있습니다."라고 Cimino는 말합니다. "전기 측정을 수행하는 동안 자기장이나 샘플 온도를 조작하려는 경우 프로그래밍 없이 이를 수행할 수 있습니다."
Cimino는 M81-SSM의 사용자 인터페이스를 "검색 가능"하며 모든 스마트폰 사용자(예: "모든 사람")가 편안하게 사용할 수 있다고 설명합니다. "각 모듈은 인터페이스에 표시되며, 모듈을 클릭하면 해당 기기에 대한 가상 전면 패널이 표시됩니다."라고 그는 설명합니다. 인터페이스의 기본 설정은 가장 일반적인 측정에 해당하지만 사용자는 기술 수준 및 측정 요구 사항에 맞는 방식으로 인터페이스를 쉽게 탐색하여 M81-SSM을 제어할 수도 있습니다. 초보자와 전문 사용자 모두를 위해 Lake Shore는 박사 수준 응용 엔지니어 팀의 지원을 제공합니다.
Cimino는 “M81-SSM은 Lake Shore의 엔지니어링 및 애플리케이션 팀이 XNUMX년 동안 열심히 노력한 결과입니다.”라고 말하면서 사용자 커뮤니티의 긍정적인 반응은 노력할 가치가 충분히 있었다고 덧붙였습니다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/synchronous-source-and-measure-system-takes-a-modular-approach-to-low-level-measurement/
