Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lock-In Verstärker stanford


von ammer g. (3nis13)


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Hallo

kennt sich jmd mit der bedienung des Lock-In verstärkers von Stanford 
research aus ? Aus dem Manual werd ich nicht richtig schlau.

Sorry benutz ihn das erste mal zu Signalverarbeitung.

will lediglich die Amplitude eines Detektierten signals zu einer "Ref f 
in" herauslesen !!

danke

von ammer g. (3nis13)


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Aufbauen

LED-Chopper-Messobjekt-Farbfilter-Sensor

Ref in vom chopper ca. variabel bis 500 Hz.

Signal eingang Messsignal vom Sensor.

Am Ausgang X und Y auf dem Display erkenn ich zwar werte im mV bereich X 
positiv und Y Negativ , sind keine gleichen werte.

Wenn ich das ganze bisschen abdunkel erhalte ich wieder etwas andere 
werte trotz des Filters .

Wie erhalte ich nun Werte die Diskret sind egal welche 
FRemdlichteinwirkung ich von außen habe??

von Kai K. (klaas)


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>kennt sich jmd mit der bedienung des Lock-In verstärkers von Stanford
>research aus ? Aus dem Manual werd ich nicht richtig schlau.

Du könntest ja mal einen Link zu diesem Manual posten oder uns 
irgendwelche anderen Details geben...

von ammer g. (3nis13)


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Gerne vieles was euch weiter hilft mir weiter zu helfen, stell ich gern 
bereit.

http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/Manuals/SR830m.pdf

von ammer g. (3nis13)


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Für mich selber , bin ich mir ziehmlich sicher das ich die anschlüße so 
richtig angeschloßen habe.

nur bei der konfiguration bin ich mir unsicher! und ich weis auch nicht 
ob das die amplituden werte sind die mir bei Ch1 und Ch2 angezeigt 
werden.

hier hab ich mal ein bild gemacht !!

von Kai K. (klaas)


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Ich habe leider keine Zeit mich in das Manual einzulesen. Aber ein paar 
Anmerkungen möchte ich trotzdem machen:

1. Deine Meßfrequenz sollte genügend weit von der Netzfrequenz also 50 
Hz und deren Harmonische liegen. 300Hz ist da keine gute Wahl.

2. Bei optischen Sensoren, muß immer das Umgebungslicht bedacht werden, 
das empfindliche Verstärker schnell übersteuern kann. Eine Abschattung 
der Lichtempfänger sollte also immer durchgeführt werden.

von ammer g. (3nis13)


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Alles klar danke Kai,

und meine einstellung meinst die sind soweit korrekt ?

von Kai K. (klaas)


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>und meine einstellung meinst die sind soweit korrekt ?

Kann ich leider nicht beurteilen. Dazu müßte ich mich in das Manual 
einlesen, wofür ich aber leider keine Zeit habe.

Lichtempfängerschaltungen sind jedenfalls ganz schnell übersteuert. 
Abschattung ist deshalb oft ein Muß. Auch solltest du nicht mit zu 
großen oder zu kleinen Intensitäten messen.

von ammer g. (3nis13)


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Alles klar,

ich werd mal in den kHz bereich rein gehen mal sehen was geschieht !

von Kai K. (klaas)


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>ich werd mal in den kHz bereich rein gehen mal sehen was geschieht !

Bleibe lieber im 100Hz Bereich, aber suche dir eine passendere 
Frequenz...

von Anja (Gast)


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Kai Klaas schrieb:
> Deine Meßfrequenz sollte genügend weit von der Netzfrequenz also 50
> Hz und deren Harmonische liegen. 300Hz ist da keine gute Wahl.

Man könnte aber auch auf die Null-Durchgänge der Netzfrequenz triggern 
also 50Hz oder eine Sub-Harmonische. Damit hat man dann wenigstens 
gleiche Verhältnisse.

Gruß Anja

von Arno Nyhm (Gast)


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Noch ein Tipp was das Umgebungslicht angeht:
Sollte das Labor mit Leuchtstofflampen/Energiesparlampen beleuchtet 
werden muss der Versuchsaufbau penibelst von diesem Umgebungslicht 
abgeschirmt werden - Lock-In-Verstärker oder nicht, die 50Hz aus dem 
Umgebungslicht überlagern dir sonst jedes noch so gute Signal oder 
sättigen Dir gar den Detektor/Vorverstärker.
Eine Alternative ist es evtl. die Beleuchtung im Labor abzuschalten oder 
gegen Glühlampen zu tauschen - das mindert nicht die von Kai erwähnte 
Problematik des Umgebungslichts ansich, aber hält dir wenigstens die 
50Hz aus dem optischen Signal heraus.

Ansonsten kann ich Dir nur empfehlen einen Prof/PostDoc/... aufzutreiben 
der schonmal intensiv mit Lock-In-Verstärkern gearbeitet hat - das ist 
eine Wissenschaft für sich, da entwickelt man irgendwann eine gewisse 
Intuition für Einstellungen und Fehlerquellen.

Ob dein Einstellungen des Verstärkers zu deinem Signal und 
Versuchsaufbau passen kann Dir so pauschal hier im Netz niemand sagen, 
da müsstest Du schon die Details deiner Versuchsanordnung offenlegen.

von ammer g. (3nis13)


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das ist es ja mein Prof hat sich den Verstärker geholt aber sich nicht 
mit befasst das nun meine aufgabe.

Also ok ich arbeite während des versuchs nun ohne licht und vor dem 
Sensor habe ich ein Farbfilter drin. denn ich arbeite mit einer 3 W LED 
532nm bereich als Lichtquelle einfach chopper f= 0 bis 4kHz regelbar , 
Farbfilter grün. Detector.

Warum zeigt er mir auf x Display einen Positiven wert an und auf dem Y 
einen Negativen sollte er mir nicht einen positiven amplituden wert 
anzeigen ?

von Kai K. (klaas)


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>Warum zeigt er mir auf x Display einen Positiven wert an und auf dem Y
>einen Negativen sollte er mir nicht einen positiven amplituden wert
>anzeigen ?

Bei allen Intensitäten und Absorptionen? Bring mal einen Absorber in den 
Strahlengang. Ist dann die Amplitude immer noch negativ? Reduziere mal 
die Frequenz auf ganz kleine Werte. Ist dann die Amplitude immer noch 
negativ?

von ammer g. (3nis13)


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laut blockschaltbild, dreht er die phase zum multiplizierer und zum 
ausgang Y wieder um 90 ° wenn ich das so richtig sehe !!!

Negative zeigt er mir immer an egal bei welcher frequenz

von ammer g. (3nis13)


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ich glaub nun das übel gefunden zu haben. ich muss den ausgang auf R 
setzen dann zeigt er mir auch die Amplitude an !! und nicht auf X und Y 
die sind im katesischem system . und geben mir nur ein punkt wieder !!

von ammer g. (3nis13)


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Kann mir von euch jmd erklären was mit Dynamischer Reserve in dB gemeint 
ist ?

von Amir Troglodim (Gast)


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>Kann mir von euch jmd erklären was mit Dynamischer Reserve in dB gemeint
ist ?

Ja. Ich hab so ein Teil. Es gibt Signale mit grosser Dynamik, dh einen 
grossen Verhaeltnis zwischen kleinstem und groesstem Signal. Eine grosse 
dynamische Reserve meint nun, es besteht genuegend Reserve fuer 
Signalschwankungen. Falls man das nicht benoetigt, stellt man das Teil 
auf kleinstes Rauschen.

Ob die Ausgange Real und Imaginaer, oder Phase und Betrag 
ausgeben/anzeigen ist auch einstellbar.

von ammer g. (3nis13)


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Ahh super Danke Amir,

ja ich arbeite auch gerade an diesem Gerät.

Ich will damit die Amplitude einer bestimmten wellenlänge ermitteln.

Quasi hab ich nur eine Referenzfrequenz und eine Meßsignal.

von Didi S. (kokisan2000)


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Hallo ammer gil,

es bleibt Dir nichts anderes übrig, als Dich etwas tiefer in die 
Lock-In-Verstärkertechnik einzuarbeiten.

Diese Technik dient primär dazu, sehr kleine Signale aus Signalen mit 
großem und meist auch veränderlichen Offset zu bestimmen. So kannst Du 
an einer Photodiode einen Strom im pA-Bereich mnessen, auch wenn Dir die 
Deckenbeleuchtung einen Strom im µA-Bereich generiert. Um das zu tun, 
muß das optische Signal zerhackt werden! Das Zerhacken geschieht optisch 
mit einem Chopperrad oder elektrisch, indem die zu vermessende Quelle 
gepulst wird. Der Dutycycle ist bei den meisten Geräten fix 50% an/50% 
aus. Das Signal vom Zerhacker ist Deine Referenz, die in der Regel als 
Rechteck TTL Pegel dem Lock-In-Verstärker als REFERENZ bereit gestellt 
wird. Dein Signal von der Photodiode, welches ja auch zerhackt ist 
(Licht an, Licht aus, Licht an, ...) kommt auf den Messeingang des 
Verstärkers.
In einem mehr oder weniger komplexen Verfahren misst der Verstärker das 
Eingangssignal und kann, da er ja weiß wie das Licht zerhackt wird, den 
kleinen Photostrom aus dem großem Signal der Hitergrundbeleuchtung 
herausrechnen. Dabei bekommst Du zwei Informationen: 1) 
Amplitude/Signal, 2) die Zeitdifferenz zwischen Referenz und Signal.

Diese Information erhälst Du entweder als Amplitude r und Phase phi oder 
eben in kartesischen Koordinaten in x-, und y-Anteil. In Deinem Fall 
solltest Du bei Amplitude und Phase bleiben, wobei in Deiner Anordnung 
die Phase vermutlich keine Rolle spielt und so bei 0° oder 180° liegen 
sollte.

Extrem wichtig für die Messung ist der Phasenabgleich, den Du hin und 
wieder mal machen solltest und die richtige Wahl der Integrationszeit. 
Um zu checken ob Du richtig misst, einfach mal den Photodetektor 
abdecken und das Signal beobachten. Fährt das Signal auf Null herunter 
und ist die Abfall schneller als Dein zu vermessendes Ereignis, dann 
liegst Du schon sehr nahe dran am richtigen Ergebnis ;-)

Weiterhin besitzt das Gerät verschiedene Filter. Am besten wählst Du 
Bandpassfilter. Die Mittenfrequnz des Filters sollte er selber durch das 
Referenzsignal bestimmen. Weiterhin aktiviere die Unterdrückung für 50Hz 
und 100Hz am Gerät und wähle eine "krumme" Referenzfrequenz, also weit 
weg von 50Hz und deren Vielfachen.

Gruß
Didi

von ammer g. (3nis13)


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Hi Didi,

didi vielen dank für deine erläuterung,

ich hab ien paar Test Reihene gemacht in dem ich z.b die Refernzfrequenz 
immer varieren ließ von 20 bis 1 Khz.Den Phasenschiebe habe ich auf +90° 
verschoben, da ich denke das dort die Amplitude am größten ist.

Nun konnte ich die beobachtungen machen das die Amplitude meist konstant 
bliebe was nartürlich abhängene von der zeitkonstante ist, die ich auf 1 
s gewählt habe bei 12dB/oct. somit hatte ich ein relativen stabilen 
gemittelten wert.

Die weitere Beobachtung ist das die Phase 20 -50 Hz so bei -130° bei 20 
Hz und bei 50 Hz auf +90° ging und die Amplitude dort zusammenbrach , 
ich denk mal das resultiert aus der Netzfrequenz heraus.
bei größeren werten von 60 - 1000 Hz. Lag die phase zwischen -25 bis -60 
°

sobald ich die Phase auf -90° verschiebe ändert sich lediglich das 
Vorzeichen am Phasenausgang.

Weiter habe ich auch mit der Zeitkonstante und der Flanke gespielte und 
den Display ausgang auf oszilloscope gelegt.

von Didi S. (kokisan2000)


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Hi ammer gil,

was verstehe ich unter Testreihen mit der Referenzfrequenz? Die 
Referenzfrequenz ist kein freier Parameter, den Du am Gerät einstellen 
musst, sondern er ergibt sich aus der Chopper- oder Zerhackerfrequenz 
des zu vermessenden Signales. Der Lock-In Verstärker kann sie am 
Referenzeingang messen und anzeigen, sie kommt klassisch aber immer von 
außen bei diesem Verfahren. In Deinem Fall vom Chopperrad!

Wenn Du den Referenzmode auf intern umschaltest, dann startet ein 
innerer Oszillator im Gerät und Du kannst die Frequenz durchfahren, aber 
willst Du das wirklich?

Magst Du mal erklären, was Du genau messen möchtest?

Geht es hier "nur" um eine Anordnung von 
LED-Chopper-Messobjekt-Farbfilter-Sensor?

Gruß
Didi

von Ulrich (Gast)


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Die Chopper-frequenz ist kein so kritischer Parameter. Da hat man 
verschiedene sinnvolle Werte. Beim mechanischen Chopper hat man da in 
der Regel nicht so viel Auswahl. Da reicht es einen guten Wert zu wählen 
(z.B. 240 Hz oder 910 Hz) - halt nicht gerade ein vielfaches von 50 Hz 
und nicht zu nahe an 50 / 100 Hz. So lange die Störungen nicht sehr groß 
sind, darf man auch relativ nahe ran, wenn es sein muss - einfacher ist 
aber mit mehr Abstand zu Störungen. Wenn sich die Phase oder Amplitude 
als Funktion der Chopperfrequenz deutlich ändert ist das ein Zeichen für 
eine Frequenzabhängigkeit, z.B. beim Sensor (was für einer ist das ?), 
bzw. um 50 Hz/100 Hz einfach der interne Filter, der die 50 Hz und 100 
Hz unterdrücken soll.

Bei einer LED als Lichtquelle kann ggf. auch die LED direkt moduliert 
werden, also ohne mechanischen Chopper.

Für den Phasenabgleich nutzt man am besten einen Fall mit relativ viel 
Signal, also z.B. ohne den optischen Filter, bzw. den Filter passend zur 
LED-Farbe. Normal sollte sich die Phase dann auch nicht ändern wenn das 
optische System (außer den Strahlengang am Chopper) verändert wird.
Die Zeitkonstante macht das Signal träge, reduziert dafür die 
Schwankungen. Der mittlere angezeigte Wert (Darstellung als X,Y) ändert 
sich dadurch nicht. Für das Ablesen von Hand sind Werte von etwa 0,1 s 
bis 1 s ganz gut. Mehr nur wenn man es wirklich braucht, weil es sonst 
zu sehr schwankt. Als Faustregel braucht es 5 bzw. 10 (bei 12 dB/okt) 
Zeitkonstanten bis eine neuer Wert steht.

von ammer g. (3nis13)


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Ich untersuche diesen Versuchsaufbau. mit eine 3W LED

Ich hab ja nur an der REferenzgespielt um zu beobachten was mit der 
Amplitude und der Phase geschieht. Theoritisch sollte sich ja an der 
Amplitude nichts tun anderen fals variierte die Phase.

ICh werd die Messung bei einer Ref von 1KhZ durchführen. High Reserve, T 
= 1s und 12dB/oct. Ich nutze keinen Farbfilter höchstens ein Abschwächer 
damit der Signaleingang am Lock-In nicht übersteuert wird bzw. ein 
Overload erhält !!

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