產(chǎn)品詳情
1879年，埃德溫·霍爾（Edwin Hall）發(fā)現了投入式液位計，此效應已廣泛應用于測量中，尤其是在材料表征和傳感中。僅通過(guò)表征新材料才能夠發(fā)現新現象。這些發(fā)現包括量子投入式液位計。自旋投入式液位計和拓撲絕緣體[1]。投入式液位計還可以用作多個(gè)設備應用程序的平臺。例如，它可用于汽車(chē)行業(yè)以感應電流。
材料表征
可以通過(guò)投入式液位計測量來(lái)確定材料的導電性能。線(xiàn)性磁場(chǎng)依賴(lài)性意味著(zhù)載流子類(lèi)型和載流子濃度n由公式1（a）確定。電導率σ XX = 1 / ρ XX，載流子遷移μ = σ XX / NE和縱向電阻率測量可以用等式1（b）中計算出。電流I R以及電壓V xx和V xy可以通過(guò)霍爾棒的幾何形狀直接提取，如圖1所示。
感測
一旦確定了材料的導電性能，就可以采用霍爾電壓及其與垂直磁場(chǎng)分量成線(xiàn)性比例的關(guān)系，來(lái)構建靈敏而精que的磁場(chǎng)投入式液位計。在這種情況下，測得的電壓與磁場(chǎng)之間的關(guān)系是成比例的，可以通過(guò)公式1（a）確定。
工業(yè)應用經(jīng)常使用投入式液位投入式液位計，因為線(xiàn)性范圍從零到眾多特斯拉（T）的磁場(chǎng)。這樣的應用包括霍爾探頭，速度計，霍爾開(kāi)關(guān)和電流投入式液位計。在許多此類(lèi)應用中測量速度也很重要，但是背景噪聲通常會(huì )導致信號位于另一個(gè)大信號之上，從而難以進(jìn)行電子測量。
可能會(huì )發(fā)生系統性的測量錯誤，例如熱失調，熱漂移和背景噪聲頻譜中的不良成分，但交流測量技術(shù)可以幫助避免這些情況。
隨著(zhù)背景噪聲隨著(zhù)頻率f的降低下降到1/f，使用交流電技術(shù)可以達到更高的信噪比（SNR）。更高的SNR也可以實(shí)現更快的測量，而AC技術(shù)通�？梢蕴岣邷y量分辨率，因此可以實(shí)現更大的動(dòng)態(tài)范圍。
鎖定放大器，可進(jìn)行精que而快速的測量
即使背景噪聲升高，鎖相放大器也可以以可修改的帶寬準確地測量低至幾個(gè)nV的電壓，這使其成為進(jìn)行交流測量的理想工具。相敏檢測用于相對于參考頻率測量信號的幅度。除了參考頻率和測量帶寬之外的背景噪聲外，背景噪聲被忽略并且不會(huì )干擾測量。
經(jīng)典的設置由霍爾棒的幾何形狀和兩個(gè)Zurich Instruments MFLI，500 kHz鎖定放大器組成，如圖1所示。兩個(gè)鎖定放大器均用于測量橫向霍爾電壓V xy和縱向電壓V xx和其中之一用于在限流電阻R L上提供電流。
假定電流恒定，因為所選的RL通常比電路中任何組合電阻大很多。高達幾十Hz的頻率用于表征材料，并且通過(guò)兩個(gè)鎖定放大器來(lái)協(xié)調測量頻率和數據采樣。
盡管在大多數情況下可以假定恒定電流，但在實(shí)驗情況下，樣品阻抗在測量過(guò)程中會(huì )急劇變化，因此需要仔細監控電流。帶有電流檢測輸入的MFLI能夠通過(guò)以與電壓輸入相同的頻率記錄電流來(lái)執行此類(lèi)監視。參考文獻[3]提供了有關(guān)鎖相放大器及其功能的更多詳細信息。
2DEG中的量子投入式液位計
當將二維電子氣（2DEG）的電子置于磁場(chǎng)中時(shí)，投入式液位計顯示出新的特征。被稱(chēng)為量子投入式液位計（QHE）的磁場(chǎng)的增加導致霍爾電阻率隨著(zhù)平臺結構的形成而逐步變化，而縱向電阻率則降至零。
QHE和相關(guān)現象的實(shí)際使用
材料類(lèi)型，散射和溫度都與量子霍爾態(tài)的電阻分開(kāi)。這意味著(zhù)將2DEG材料用作電阻標準。以前僅在低溫下觀(guān)察到QHE，但在2007年石墨烯在20 T磁場(chǎng)下的測量結果表明，室溫下的QHE [7]。這為開(kāi)發(fā)新的電阻標準奠定了潛在的基礎。發(fā)現拓撲絕緣子中的QHE缺少磁場(chǎng)后，甚至打開(kāi)了更多的門(mén)。這些在受保護狀態(tài)下導電的新材料有潛力用于快速電子學(xué)和量子計算[1]。
使用MFLI進(jìn)行投入式液位計測量的優(yōu)勢
高靈敏度提取#小的信號
投入式液位計的測量很難檢測到經(jīng)常被噪聲掩蓋的小信號，因為通常的電阻通常約為100Ω或更小。當與大約20 nA的電流結合時(shí)，電阻對于V xx變?yōu)閹?micro;V的電壓，對于V xy變?yōu)閹装?micro;V的電壓。
前置放大器有助于通過(guò)放大和過(guò)濾寬帶噪聲來(lái)提高SNR。為了解決小的特征，至關(guān)重要的是要為整個(gè)磁場(chǎng)掃描留出空間。這意味著(zhù)從兩個(gè)電壓測量中都需要MFLI輸入的高動(dòng)態(tài)范圍。
有效抑制噪聲以#大化SNR
在MFLI中，八階濾波器可以抑制高達被測信號100萬(wàn)倍的噪聲，從而提供了有效的噪聲抑制能力，并實(shí)現了高SNR。它們可以提供足夠的余量以#大化測量速度和準確性。
在低溫下進(jìn)行測量時(shí)，可用的#佳解決方案是MFLI，因為其輸入具有#低的可用功耗[8]。在這些情況下，樣品的電子溫度會(huì )受到鎖定輸入噪聲的影響，這也會(huì )增加總體噪聲。
鎖定的有效噪聲抑制功能有助于加快測量速度，因為可以縮短濾波器時(shí)間常數，并且將整個(gè)特性測量時(shí)間縮短多達十倍。
高精度：專(zhuān)用電流感應
電流I - [R需要在場(chǎng)景中恒定電流I的假設待測量- [R是無(wú)效的，以保持精que的電阻測量，并防止向上的系統誤差為10％。僅使用一個(gè)帶有鎖定功能的鎖定放大器單元即可測量電流和霍爾電壓。這樣的好處是#小化設置復雜性和#大化測量保真度。
高效的工作流程：隨附LabOne軟件
LabOne是三暢儀表儀器公司（Zurich Instruments）的控制軟件，專(zhuān)為高效的工作流程而設計，MFLI還隨附了該軟件。用戶(hù)可以通過(guò)本能的操作員界面快速收到地衣結果。用戶(hù)還可以通過(guò)提供的功能和工具來(lái)對收集的數據充滿(mǎn)信心。一個(gè)示例是使用示波器直接在信號輸入處記錄數據，同時(shí)還利用繪圖儀（頻譜分析儀）在時(shí)域（頻域）中可視化解調器輸出。
當測量需要使用多個(gè)儀器時(shí)，可以使用多設備同步（MDS）功能。MDS保留所有同步儀器的參考時(shí)鐘，并協(xié)調記錄數據的時(shí)間戳。只需在LabOne操作員界面的一個(gè)會(huì )話(huà)中即可執行測量。
如果自動(dòng)化是必需的，或者如果MFLI需要被整合到一個(gè)預先存在的測量，然后設置LabOne也為L(cháng)abVIEW提供的API ®，MATLAB ®，Python和.NET和C.
結論
投入式液位計測量和SI單位重新定義的工業(yè)應用在研究中是普遍的。交流技術(shù)對大多數測量都有益。鎖相放大器可以實(shí)現#佳的噪聲抑制，以確保高精度和SNR。
三暢儀表儀器公司的MFLI鎖相放大器的開(kāi)發(fā)利用了#新的硬件和軟件技術(shù)，將易于使用的優(yōu)點(diǎn)與高性能數字信號處理相結合。
MFLI是可用于基本測量的#佳工具，用于在定義的頻率以及更復雜的設置下檢測霍爾電壓，這需要使用多種儀器。它可以適應不斷變化的需求，例如從DC到500 kHz的頻率范圍升級到DC到5 MHz的頻率范圍，或者增加了三個(gè)附加的解調器以同時(shí)分析電壓和電流輸入。
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