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(cè)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(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(gè)設(shè)備應(yīng)用程序的平臺(tái)。例如，它可用于汽車(chē)行業(yè)以感應(yīng)電流。
材料表征
可以通過(guò)投入式液位計(jì)測(cè)量來(lái)確定材料的導(dǎo)電性能。線(xiàn)性磁場(chǎng)依賴(lài)性意味著載流子類(lèi)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(cè)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(guò)霍爾棒的幾何形狀直接提取，如圖1所示。
感測(cè)
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(chǎng)分量成線(xiàn)性比例的關(guān)系，來(lái)構(gòu)建靈敏而精que的磁場(chǎng)投入式液位計(jì)。在這種情況下，測(cè)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(yīng)用經(jīng)常使用投入式液位投入式液位計(jì)，因?yàn)榫�(xiàn)性范圍從零到眾多特斯拉（T）的磁場(chǎng)。這樣的應(yīng)用包括霍爾探頭，速度計(jì)，霍爾開(kāi)關(guān)和電流投入式液位計(jì)。在許多此類(lèi)應(yīng)用中測(cè)量速度也很重要，但是背景噪聲通常會(huì)導(dǎo)致信號(hào)位于另一個(gè)大信號(hào)之上，從而難以進(jìn)行電子測(cè)量。
可能會(huì)發(fā)生系統(tǒng)性的測(cè)量錯(cuò)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(cè)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(cè)量，而AC技術(shù)通�？梢蕴岣邷y(cè)量分辨率，因此可以實(shí)現(xiàn)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(cè)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(cè)量低至幾個(gè)nV的電壓，這使其成為進(jìn)行交流測(cè)量的理想工具。相敏檢測(cè)用于相對(duì)于參考頻率測(cè)量信號(hào)的幅度。除了參考頻率和測(cè)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(cè)量。
經(jīng)典的設(shè)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(cè)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(guò)兩個(gè)鎖定放大器來(lái)協(xié)調(diào)測(cè)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(cè)量過(guò)程中會(huì)急劇變化，因此需要仔細(xì)監(jiān)控電流。帶有電流檢測(cè)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(zhí)行此類(lèi)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(chǎng)中時(shí)，投入式液位計(jì)顯示出新的特征。被稱(chēng)為量子投入式液位計(jì)（QHE）的磁場(chǎng)的增加導(dǎo)致霍爾電阻率隨著平臺(tái)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(lèi)型，散射和溫度都與量子霍爾態(tài)的電阻分開(kāi)。這意味著將2DEG材料用作電阻標(biāo)準(zhǔn)。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(cè)量結(jié)果表明，室溫下的QHE [7]。這為開(kāi)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(chǎng)后，甚至打開(kāi)了更多的門(mén)。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(cè)量的優(yōu)勢(shì)
高靈敏度提取#小的信號(hào)
投入式液位計(jì)的測(cè)量很難檢測(cè)到經(jīng)常被噪聲掩蓋的小信號(hào)，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(shí)，電阻對(duì)于V xx變?yōu)閹?micro;V的電壓，對(duì)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。這意味著從兩個(gè)電壓測(cè)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(dá)被測(cè)信號(hào)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(xiàn)了高SNR。它們可以提供足夠的余量以#大化測(cè)量速度和準(zhǔn)確性。
在低溫下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，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(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(cè)量速度，因?yàn)榭梢钥s短濾波器時(shí)間常數(shù)，并且將整個(gè)特性測(cè)量時(shí)間縮短多達(dá)十倍。
高精度：專(zhuān)用電流感應(yīng)
電流I - [R需要在場(chǎng)景中恒定電流I的假設(shè)待測(cè)量- [R是無(wú)效的，以保持精que的電阻測(cè)量，并防止向上的系統(tǒng)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(cè)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(cè)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(shè)計(jì)，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(jié)果。用戶(hù)還可以通過(guò)提供的功能和工具來(lái)對(duì)收集的數(shù)據(jù)充滿(mǎn)信心。一個(gè)示例是使用示波器直接在信號(hào)輸入處記錄數(shù)據(jù)，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(diào)器輸出。
當(dāng)測(cè)量需要使用多個(gè)儀器時(shí)，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(shí)鐘，并協(xié)調(diào)記錄數(shù)據(jù)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(zhí)行測(cè)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(yù)先存在的測(cè)量，然后設(shè)置LabOne也為L(zhǎng)abVIEW提供的API ®，MATLAB ®，Python和.NET和C.
結(jié)論
投入式液位計(jì)測(cè)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(duì)大多數(shù)測(cè)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(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(shù)字信號(hào)處理相結(jié)合。
MFLI是可用于基本測(cè)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(cè)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(jí)到DC到5 MHz的頻率范圍，或者增加了三個(gè)附加的解調(diào)器以同時(shí)分析電壓和電流輸入。
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