lock in amplifier что это
Для восстановления сигналов с низким отношением сигнал / шум требуется сильный чистый опорный сигнал с той же частотой, что и принимаемый сигнал. Во многих экспериментах это не так, поэтому прибор может восстанавливать сигналы, скрытые в шуме, только в ограниченном наборе обстоятельств.
СОДЕРЖАНИЕ
Основные принципы
Для синусоидального опорного сигнала и входного сигнала выходной сигнал постоянного тока может быть рассчитан для аналогового синхронного усилителя как U в ( т ) <\ Displaystyle U _ <\ текст 
U вне ( т ) <\ displaystyle U _ <\ text
Если время усреднения T достаточно велико (например, намного больше периода сигнала), чтобы подавить все нежелательные составляющие, такие как шум и колебания на удвоенной опорной частоте, на выходе будет
Во многих применениях синхронного усилителя требуется восстановить только амплитуду сигнала, а не относительную фазу относительно опорного сигнала. Для простого так называемого однофазного синхронизирующего усилителя разность фаз регулируется (обычно вручную) до нуля, чтобы получить полный сигнал.
Более продвинутые, так называемые двухфазные синхронизирующие усилители имеют второй детектор, выполняющий те же вычисления, что и раньше, но с дополнительным фазовым сдвигом на 90 °. Таким образом, у одного есть два выхода: это называется «синфазный» компонент и «квадратурный» компонент. Эти две величины представляют сигнал как вектор относительно синхронизированного опорного генератора. Посредством вычисления величины ( R ) сигнального вектора фазовая зависимость удаляется: Икс знак равно V сиг потому что θ <\ displaystyle X = V _ <\ text Y знак равно V сиг грех θ <\ displaystyle Y = V _ <\ text
Фазу можно рассчитать из
Цифровые синхронизирующие усилители
Измерение сигнала в шумной среде
Восстановление сигнала использует тот факт, что шум часто распространяется на гораздо более широкий диапазон частот, чем сигнал. В простейшем случае белого шума, даже если среднеквадратическое значение шума в 10 3 раз больше, чем сигнал, который необходимо восстановить, если полоса пропускания измерительного прибора может быть уменьшена в раз больше, чем 10 6 вокруг сигнала частота, то оборудование может быть относительно нечувствительным к шуму. В типичной полосе пропускания 100 МГц (например, осциллограф) это можно сделать с помощью полосового фильтра с шириной намного меньше 100 Гц. Время усреднения синхронизирующего усилителя определяет полосу пропускания и позволяет использовать очень узкие фильтры, менее 1 Гц, если это необходимо. Однако это происходит за счет медленной реакции на изменения сигнала.
Когда применяется метод синхронизации, необходимо соблюдать осторожность при калибровке сигнала, потому что усилители синхронизации обычно обнаруживают только среднеквадратичный сигнал рабочей частоты. Для синусоидальной модуляции это может ввести коэффициент между выходом синхронизированного усилителя и пиковой амплитудой сигнала, а также другой коэффициент для несинусоидальной модуляции. 2 <\ displaystyle <\ sqrt <2>>>
В случае нелинейных систем появляются высшие гармоники частоты модуляции. Простым примером является свет обычной лампочки, модулируемый с удвоенной частотой сети. Некоторые синхронизирующие усилители также позволяют проводить отдельные измерения этих высших гармоник.
Кроме того, ширина отклика (эффективная полоса пропускания) обнаруженного сигнала зависит от амплитуды модуляции. Обычно функция ширины линии / модуляции имеет монотонно возрастающую нелинейную характеристику.
Для восстановления сигналов с низким отношением сигнал / шум требуется сильный чистый опорный сигнал с той же частотой, что и принимаемый сигнал. Во многих экспериментах это не так, поэтому прибор может восстанавливать сигналы, скрытые в шуме, только в ограниченном наборе обстоятельств.
СОДЕРЖАНИЕ
Основные принципы
Для синусоидального опорного сигнала и входного сигнала выходной сигнал постоянного тока может быть рассчитан для аналогового синхронного усилителя как U в ( т ) <\ Displaystyle U _ <\ текст U вне ( т ) <\ displaystyle U _ <\ text
Если время усреднения T достаточно велико (например, намного больше периода сигнала), чтобы подавить все нежелательные составляющие, такие как шум и колебания на удвоенной опорной частоте, на выходе будет
Во многих применениях синхронного усилителя требуется восстановить только амплитуду сигнала, а не относительную фазу относительно опорного сигнала. Для простого так называемого однофазного синхронизирующего усилителя разность фаз регулируется (обычно вручную) до нуля, чтобы получить полный сигнал.
Более продвинутые, так называемые двухфазные синхронизирующие усилители имеют второй детектор, выполняющий те же вычисления, что и раньше, но с дополнительным фазовым сдвигом на 90 °. Таким образом, у одного есть два выхода: это называется «синфазный» компонент и «квадратурный» компонент. Эти две величины представляют сигнал как вектор относительно синхронизированного опорного генератора. Посредством вычисления величины ( R ) сигнального вектора фазовая зависимость удаляется: Икс знак равно V сиг потому что θ <\ displaystyle X = V _ <\ text Y знак равно V сиг грех θ <\ displaystyle Y = V _ <\ text
Фазу можно рассчитать из
Цифровые синхронизирующие усилители
Измерение сигнала в шумной среде
Восстановление сигнала использует тот факт, что шум часто распространяется на гораздо более широкий диапазон частот, чем сигнал. В простейшем случае белого шума, даже если среднеквадратическое значение шума в 10 3 раз больше, чем сигнал, который необходимо восстановить, если полоса пропускания измерительного прибора может быть уменьшена в раз больше, чем 10 6 вокруг сигнала частота, то оборудование может быть относительно нечувствительным к шуму. В типичной полосе пропускания 100 МГц (например, осциллограф) это можно сделать с помощью полосового фильтра с шириной намного меньше 100 Гц. Время усреднения синхронизирующего усилителя определяет полосу пропускания и позволяет использовать очень узкие фильтры, менее 1 Гц, если это необходимо. Однако это происходит за счет медленной реакции на изменения сигнала.
Когда применяется метод синхронизации, необходимо соблюдать осторожность при калибровке сигнала, потому что усилители синхронизации обычно обнаруживают только среднеквадратичный сигнал рабочей частоты. Для синусоидальной модуляции это может ввести коэффициент между выходом синхронизированного усилителя и пиковой амплитудой сигнала, а также другой коэффициент для несинусоидальной модуляции. 2 <\ displaystyle <\ sqrt <2>>>
В случае нелинейных систем появляются высшие гармоники частоты модуляции. Простым примером является свет обычной лампочки, модулируемый с удвоенной частотой сети. Некоторые синхронизирующие усилители также позволяют проводить отдельные измерения этих высших гармоник.
Кроме того, ширина отклика (эффективная полоса пропускания) обнаруженного сигнала зависит от амплитуды модуляции. Обычно функция ширины линии / модуляции имеет монотонно возрастающую нелинейную характеристику.
Усилитель блокировки
Для восстановления сигналов с низким отношением сигнал / шум требуется сильный чистый опорный сигнал с той же частотой, что и принимаемый сигнал. Во многих экспериментах это не так, поэтому прибор может восстановить сигналы, скрытые в шуме, только в ограниченном наборе обстоятельств.
Содержание
Основные принципы [ править ]
Многие приложения к синхронному усилителю требуется только восстановление амплитуды сигнала, а не относительной фазы к опорному сигналу. Для простого так называемого однофазного синхронизирующего усилителя разность фаз устанавливается (обычно вручную) на ноль, чтобы получить полный сигнал.
Более продвинутые, так называемые двухфазные синхронизирующие усилители имеют второй детектор, выполняющий те же вычисления, что и раньше, но с дополнительным фазовым сдвигом на 90 °. Таким образом, у одного есть два выхода: это называется «синфазный» компонент и «квадратурный» компонент. Эти две величин представляют собой сигнал в качестве вектора относительно блокировки в опорном генераторе. Посредством вычисления величины ( R ) сигнального вектора фазовая зависимость удаляется: X = V sig cos θ <\displaystyle X=V_<\textY = V sig sin θ <\displaystyle Y=V_<\text
Фазу можно рассчитать из
Цифровые синхронизирующие усилители [ править ]
Измерение сигнала в шумной среде [ править ]
Восстановление сигнала использует тот факт, что шум часто распространяется на гораздо более широкий диапазон частот, чем сигнал. В простейшем случае белого шума, даже если среднеквадратическое значение шума в 10 3 раз больше, чем сигнал, который необходимо восстановить, если полоса пропускания измерительного прибора может быть уменьшена в раз больше, чем 10 6 около частоты сигнала, тогда оборудование может быть относительно нечувствительным к шуму. В типичной полосе пропускания 100 МГц (например, осциллограф) это можно сделать с помощью полосового фильтра с шириной намного меньше 100 Гц. Время усреднения синхронизирующего усилителя определяет полосу пропускания и позволяет использовать очень узкие фильтры, менее 1 Гц, если необходимо. Однако это происходит за счет медленной реакции на изменения сигнала.
Когда применяется метод синхронизации, необходимо проявлять осторожность при калибровке сигнала, потому что усилители синхронизации обычно обнаруживают только среднеквадратичный сигнал рабочей частоты. Для синусоидальной модуляции это может ввести коэффициент между выходом синхронизированного усилителя и пиковым значением амплитуды сигнала, а также другой коэффициент для несинусоидальной модуляции. 2 <\displaystyle <\sqrt <2>>>
В случае нелинейных систем появляются высшие гармоники частоты модуляции. Простым примером является свет обычной лампочки, модулируемый с удвоенной частотой сети. Некоторые синхронизированные усилители также позволяют проводить отдельные измерения этих высших гармоник.
Кроме того, ширина отклика (эффективная полоса пропускания) обнаруженного сигнала зависит от амплитуды модуляции. Как правило, функция ширины линии / модуляции имеет монотонно возрастающее нелинейное поведение.
Lock in amplifier что это
MFLI (Medium Frequency Lock-In) от Zurich Instruments – синхронный усилитель, работающий в диапазоне частот от DC до 500 кГц/5 МГц. Он использует передовые аппаратные и программные технологии, чтобы в
полной мере привнести достижения высокоэффективной обработки цифровых сигналов в синхронные усилители, работающие на низких и средних частотах. С уникальным управляющим ПО LabOne от Zurich Instruments вы сможете почувствовать удобство и эффективность, прежде доступные только для продукции, работающей на более высоких частотах.
Прибор MFLI покрывает частотные диапазоны постоянного тока до 500 кГц или до 5 МГц. В том случае, если ваши потребности изменятся, воспользуйтесь модификацией MF-F5M, расширяющей диапазон частоты от 500 кГц до 5 МГц. Также доступны следующие опции:
Все опции можно установить на рабочем месте, не отправляя прибор назад производителю.
Характеристики и особенности
Ключевые характеристики
Особенности
Входы и выходы сигнала
Входы для дифференциального напряжения и токовводы MFLI оптимизированы для работы с низким уровнем шума до очень низких частот, а высокая дискретизация обеспечивает отличное отношение «сигнал/шум». Если на прибор установлена опция MF-MD или MF-IA, появляется возможность одновременно измерять сигналы по току и напряжению, что, к примеру, облегчает измерения четырехполюсников. На выходе MFLI способен генерировать синусоидальный дифференциальный сигнал до 0 В, с низкими уровнями искажений.
Демодуляторы и осцилляторы
Высокую точность измерений и динамический резерв до 120 dB обеспечивает двухфазные демодуляторы и осцилляторы (до 4 штук) с исключительно высокой емкостью. Демодулированные сэмплы передаются на основной компьютер, а также на вспомогательные выходные разъёмы с регулируемым масштабом и смещением.
LabOne – устройство управления приборами
Каждый MFLI снабжён программным обеспечением управления LabOne. Благодаря встроенному Web серверу, к графическому пользовательскому интерфейсу можно получить доступ с любого браузера и не требуется установка дополнительного программного обеспечения. С программой LabOne компьютер становится центром управления прибором, центром сбора, анализа и хранения данных, где каждая функция находится под рукой. В базовые функции входит встроенный осциллограф, анализатор спектра, модуль визуализации, плоттер и сборщик параметров.
Выбор API
Интерфейс LabOne
Пользовательский интерфейс LabOne
Синхронный усилитель
Каждый демодулятор имеет наглядное представление в форме блок-схемы для облегчения интуитивного понимания функций прибора. Кроме того, вкладка overview (обзор) позволяет управлять всеми демодуляторами и выходами сигналов с одной панели.
Осциллоскоп с БПФ
Анализ сигналов с входов и триггерных сигналов во временном и частотном диапазоне со следующими ключевыми характеристиками:
Параметрический свипер
БПФ анализатор спектра
Воспринимает выводы демодуляторов или частоты как вводимые данные и применяет к ним БПФ. Основные функции:
Плоттер и программный триггер
Плоттер и программный триггер отображают множество данных измерений и параметров модели в интервале времени. Плоттер отображает данные непрерывно, а программный триггер захватывает и отображает индивидуальные кадры на основе множества различных внутренних и внешних триггерных условий.
Модуль визуализации
Переводит сигналы с измерениями в изображения. Функции:
Опции
Опции
MF-F5M Расширение частоты
Эта опция расширяет частоту 500 кГц замкнутых усилителей MFLI и анализаторов импеданса MFIA 500 кГц до диапазона частот от 5 до 5 МГц. Обновление активируется на приборе программным ключом и не требует каких-либо аппаратных изменений или возврата прибора. Кроме того, установка может быть выполнена в любой момент времени. Обновление не зависит от набора параметров и не влияет на другие технические характеристики прибора, а только на доступный частотный диапазон для генераторов.
Анализатор сопротивления и высокоточный LCR-метр (MF-IA)
Насладитесь функциональностью полного цифрового анализатора сопротивления и высокоточного LCR-метра, устанавливающих новый стандарт для измерения сопротивления в частотном диапазоне от постоянного тока до 500 кГц/5 МГц. Прибор имеет высокую повторяемость измерений и низкий температурный дрейф. В комплект входит испытательная арматура, допускающая нестандартный подход к измерениям. LabOne Compensation Advisor и Confidence Indicator могут помочь неопытному пользователю, проверяя каждое измерение и тщательно разъясняя каждый шаг процесса компенсации.
Счетверённый контроллер ПИД/ФАПЧ (MF-PID)
4 контроллера PID полностью интегрированы в прибор и могут принимать все входящие данные и измерения, а также предоставляют обратную связь через амплитуды сигналов, фазовые сдвиги, сдвиги сигналов, вспомогательные выводы и т.д. LabOne PID Advisor и функция автонастройки помогают быстро достигнуть синхронизации и высокой эффективности. Анализируйте параметры синхронизации с помощью анализатора спектра, программного триггера и экрана, чтобы непосредственно сравнивать результаты с функцией преобразования моделей DUT и реакции на ступенчатое воздействие, как изображено на вкладке PID.
Каждый из четырёх контроллеров ПИД\ФАПЧ имеет отдельную вкладку в разделе слева; настройки модели DUT и автонастройки – расположены правее, далее расположена большая диаграмма, на которой можно отслеживать смоделированную передаточную функцию и реакцию на ступенчатое воздействие.
Мульти-демодулятор и осцилляторы (MF-MD)
Опция увеличивает количество осцилляторов и демодуляторов с 1 до 4, что позволяет измерять силу тока и сигналы напряжения на множестве разных частот одновременно. Для каждого демодулятора ввод, настройки фильтра и скорость сэмплирования можно устанавливать независимо.
AM/FM Модуляция (MF-MOD)
Проводите измерения с 2 двухфазными когерентными линейными комбинациями двух частот осциллятора. Настройки фильтра для каждого частотного компонента можно установить индивидуально.
Устройство оцифровки (MF-DIG)
Расширяет функциональность экрана для одновременно измерения вводимого дифференциального напряжения и тока, позволяет использовать непрерывный стриминг, многопрофильное прерывание и сегментированную память.
MFLI 5 MHz Lock-in Amplifier
Спецификация
Спецификация
| Общие параметры | Демодуляторы и референс | ||
| Размеры | 28.3 × 23.2 × 10.2 см | Кол-во демодуляторов | |
| АЦП | 16 бит, 60MSa/s | Возможности подключения | USB 2.0, LAN 1GbE |
| Частота | 10 МГц, ввод и вывод | ||
| Цифровая система ввода-вывода | 4×8 бит, универсальная (ввод/вывод) | ||
Синхронный усилитель
Осциллоскоп с БПФ
Параметрический свипер
БПФ анализатор спектра
Плоттер и программный триггер
Модуль визуализации