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產品詳情

1879年，埃德溫·霍爾（Edwin Hall）發現了投入式液位計，此效應已廣泛應用于測量中，尤其是在材料表征和傳感中。僅通過表征新材料才能夠發現新現象。這些發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設備應用程序的平臺。例如，它可用于汽車行業以感應電流。

材料表征
可以通過投入式液位計測量來確定材料的導電性能。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分量成線性比例的關系，來構建靈敏而精que的磁場投入式液位計。在這種情況下，測得的電壓與磁場之間的關系是成比例的，可以通過公式1（a）確定。

工業應用經常使用投入式液位投入式液位計，因為線性范圍從零到眾多特斯拉（T）的磁場。這樣的應用包括霍爾探頭，速度計，霍爾開關和電流投入式液位計。在許多此類應用中測量速度也很重要，但是背景噪聲通常會導致信號位于另一個大信號之上，從而難以進行電子測量。

可能會發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，使用交流電技術可以達到更高的信噪比（SNR）。更高的SNR也可以實現更快的測量，而AC技術通常可以提高測量分辨率，因此可以實現更大的動態范圍。

鎖定放大器，可進行精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nV的電壓，這使其成為進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。

經典的設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，并且通過兩個鎖定放大器來協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，但在實驗情況下，樣品阻抗在測量過程中會急劇變化，因此需要仔細監控電流。帶有電流檢測輸入的MFLI能夠通過以與電壓輸入相同的頻率記錄電流來執行此類監視。參考文獻[3]提供了有關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）的電子置于磁場中時，投入式液位計顯示出新的特征。被稱為量子投入式液位計（QHE）的磁場的增加導致霍爾電阻率隨著平臺結構的形成而逐步變化，而縱向電阻率則降至零。

投入式液位變送器.jpg

QHE和相關現象的實際使用
材料類型，散射和溫度都與量子霍爾態的電阻分開。這意味著將2DEG材料用作電阻標準。以前僅在低溫下觀察到QHE，但在2007年石墨烯在20 T磁場下的測量結果表明，室溫下的QHE [7]。這為開發新的電阻標準奠定了潛在的基礎。發現拓撲絕緣子中的QHE缺少磁場后，甚至打開了更多的門。這些在受保護狀態下導電的新材料有潛力用于快速電子學和量子計算[1]。

使用MFLI進行投入式液位計測量的優勢

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，電阻對于V xx變為幾µV的電壓，對于V xy變為幾百µV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100萬倍的噪聲，從而提供了有效的噪聲抑制能力，并實現了高SNR。它們可以提供足夠的余量以#大化測量速度和準確性。

在低溫下進行測量時，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，因為可以縮短濾波器時間常數，并且將整個特性測量時間縮短多達十倍。

高精度：專用電流感應
電流I - [R需要在場景中恒定電流I的假設待測量- [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，專為高效的工作流程而設計，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果。用戶還可以通過提供的功能和工具來對收集的數據充滿信心。一個示例是使用示波器直接在信號輸入處記錄數據，同時還利用繪圖儀（頻譜分析儀）在時域（頻域）中可視化解調器輸出。

當測量需要使用多個儀器時，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鐘，并協調記錄數據的時間戳。只需在LabOne操作員界面的一個會話中即可執行測量。

如果自動化是必需的，或者如果MFLI需要被整合到一個預先存在的測量，然后設置LabOne也為LabVIEW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應用在研究中是普遍的。交流技術對大多數測量都有益。鎖相放大器可以實現#佳的噪聲抑制，以確保高精度和SNR。

三暢儀表儀器公司的MFLI鎖相放大器的開發利用了#新的硬件和軟件技術，將易于使用的優點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，或者增加了三個附加的解調器以同時分析電壓和電流輸入。