產(chǎn)品詳情
1879年，埃德溫·霍爾（Edwin Hall）發(fā)現(xiàn)了投入式液位計(jì)，此效應(yīng)已廣泛應(yīng)用于測量中，尤其是在材料表征和傳感中。僅通過表征新材料才能夠發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)包括量子投入式液位計(jì)。自旋投入式液位計(jì)和拓?fù)浣^緣體[1]。投入式液位計(jì)還可以用作多個設(shè)備應(yīng)用程序的平臺。例如，它可用于汽車行業(yè)以感應(yīng)電流。
材料表征
可以通過投入式液位計(jì)測量來確定材料的導(dǎo)電性能。線性磁場依賴性意味著載流子類型和載流子濃度n由公式1（a）確定。電導(dǎo)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(jì)算出。電流I R以及電壓V xx和V xy可以通過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(dǎo)電性能，就可以采用霍爾電壓及其與垂直磁場分量成線性比例的關(guān)系，來構(gòu)建靈敏而精que的磁場投入式液位計(jì)。在這種情況下，測得的電壓與磁場之間的關(guān)系是成比例的，可以通過公式1（a）確定。
工業(yè)應(yīng)用經(jīng)常使用投入式液位投入式液位計(jì)，因?yàn)榫�性范圍從零到眾多特斯拉（T）的磁場。這樣的應(yīng)用包括霍爾探頭，速度計(jì)，霍爾開關(guān)和電流投入式液位計(jì)。在許多此類應(yīng)用中測量速度也很重要，但是背景噪聲通常會導(dǎo)致信號位于另一個大信號之上，從而難以進(jìn)行電子測量。
可能會發(fā)生系統(tǒng)性的測量錯誤，例如熱失調(diào)，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。
隨著背景噪聲隨著頻率f的降低下降到1/f，使用交流電技術(shù)可以達(dá)到更高的信噪比（SNR）。更高的SNR也可以實(shí)現(xiàn)更快的測量，而AC技術(shù)通常可以提高測量分辨率，因此可以實(shí)現(xiàn)更大的動態(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(zhǔn)確地測量低至幾個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干擾測量。
經(jīng)典的設(shè)置由霍爾棒的幾何形狀和兩個Zurich Instruments MFLI，500 kHz鎖定放大器組成，如圖1所示。兩個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?yàn)樗x的RL通常比電路中任何組合電阻大很多。高達(dá)幾十Hz的頻率用于表征材料，并且通過兩個鎖定放大器來協(xié)調(diào)測量頻率和數(shù)據(jù)采樣。
盡管在大多數(shù)情況下可以假定恒定電流，但在實(shí)驗(yàn)情況下，樣品阻抗在測量過程中會急劇變化，因此需要仔細(xì)監(jiān)控電流。帶有電流檢測輸入的MFLI能夠通過以與電壓輸入相同的頻率記錄電流來執(zhí)行此類監(jiān)視。參考文獻(xiàn)[3]提供了有關(guān)鎖相放大器及其功能的更多詳細(xì)信息。
2DEG中的量子投入式液位計(jì)
當(dāng)將二維電子氣（2DEG）的電子置于磁場中時，投入式液位計(jì)顯示出新的特征。被稱為量子投入式液位計(jì)（QHE）的磁場的增加導(dǎo)致霍爾電阻率隨著平臺結(jié)構(gòu)的形成而逐步變化，而縱向電阻率則降至零。
QHE和相關(guān)現(xiàn)象的實(shí)際使用
材料類型，散射和溫度都與量子霍爾態(tài)的電阻分開。這意味著將2DEG材料用作電阻標(biāo)準(zhǔn)。以前僅在低溫下觀察到QHE，但在2007年石墨烯在20 T磁場下的測量結(jié)果表明，室溫下的QHE [7]。這為開發(fā)新的電阻標(biāo)準(zhǔn)奠定了潛在的基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣^緣子中的QHE缺少磁場后，甚至打開了更多的門。這些在受保護(hù)狀態(tài)下導(dǎo)電的新材料有潛力用于快速電子學(xué)和量子計(jì)算[1]。
使用MFLI進(jìn)行投入式液位計(jì)測量的優(yōu)勢
高靈敏度提取#小的信號
投入式液位計(jì)的測量很難檢測到經(jīng)常被噪聲掩蓋的小信號，因?yàn)橥ǔ５碾娮柰ǔ＜s為100Ω或更小。當(dāng)與大約20 nA的電流結(jié)合時，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放大和過濾寬帶噪聲來提高SNR。為了解決小的特征，至關(guān)重要的是要為整個磁場掃描留出空間。這意味著從兩個電壓測量中都需要MFLI輸入的高動態(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(dá)被測信號100萬倍的噪聲，從而提供了有效的噪聲抑制能力，并實(shí)現(xiàn)了高SNR。它們可以提供足夠的余量以#大化測量速度和準(zhǔn)確性。
在低溫下進(jìn)行測量時，可用的#佳解決方案是MFLI，因?yàn)槠漭斎刖哂?低的可用功耗[8]。在這些情況下，樣品的電子溫度會受到鎖定輸入噪聲的影響，這也會增加總體噪聲。
鎖定的有效噪聲抑制功能有助于加快測量速度，因?yàn)榭梢钥s短濾波器時間常數(shù)，并且將整個特性測量時間縮短多達(dá)十倍。
高精度：專用電流感應(yīng)
電流I - [R需要在場景中恒定電流I的假設(shè)待測量- [R是無效的，以保持精que的電阻測量，并防止向上的系統(tǒng)誤差為10％。僅使用一個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(shè)置復(fù)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，專為高效的工作流程而設(shè)計(jì)，MFLI還隨附了該軟件。用戶可以通過本能的操作員界面快速收到地衣結(jié)果。用戶還可以通過提供的功能和工具來對收集的數(shù)據(jù)充滿信心。一個示例是使用示波器直接在信號輸入處記錄數(shù)據(jù)，同時還利用繪圖儀（頻譜分析儀）在時域（頻域）中可視化解調(diào)器輸出。
當(dāng)測量需要使用多個儀器時，可以使用多設(shè)備同步（MDS）功能。MDS保留所有同步儀器的參考時鐘，并協(xié)調(diào)記錄數(shù)據(jù)的時間戳。只需在LabOne操作員界面的一個會話中即可執(zhí)行測量。
如果自動化是必需的，或者如果MFLI需要被整合到一個預(yù)先存在的測量，然后設(shè)置LabOne也為LabVIEW提供的API ®，MATLAB ®，Python和.NET和C.
結(jié)論
投入式液位計(jì)測量和SI單位重新定義的工業(yè)應(yīng)用在研究中是普遍的。交流技術(shù)對大多數(shù)測量都有益。鎖相放大器可以實(shí)現(xiàn)#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(shù)字信號處理相結(jié)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(fù)雜的設(shè)置下檢測霍爾電壓，這需要使用多種儀器。它可以適應(yīng)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，或者增加了三個附加的解調(diào)器以同時分析電壓和電流輸入。
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