Анализатор импеданса и высокоточный LCR метр MFIA от Zurich Instruments

Анализатор импеданса и высокоточный LCR метр MFIA позволяет выполнять быстрые и точные измерения в широком диапазоне импеданса. В отличие от других анализаторов импеданса, MFIA измеряет напряжение и ток сигнала напрямую, без петли обратной связи, в том числе в конфигурации сбалансированного моста (balanced-bridge configuration). Благодаря этому MFIA способен выполнять измерение даже на сверхнизких частотах (до 1 мГц) и обеспечивать надежные измерения импеданса до 1 ТОм.

Программное обеспечение, превосходящее аналоги: Интерфейс LabOne позволяет максимально увеличить эффективность работы. Без необходимости инсталляции ПО пользователь сразу получает удобный параметрический свипер, программный триггер и конфигурируемый цифровой дисплей со всеми важными параметрами импеданса. Все используемые программные инструменты и интерфейсы могут быть сохранены для повторного эксперимента в будущем. Все измеряемые функции также доступны на уровне API, благодаря чему с MFIA можно работать через интерфейсы LabView, MATLAB, .NET, C и Python.
ПО LabOne (программы Compensation Advisor и Confidence Indicator), входящее в комплект поставки, позволит даже неопытному пользователю прибора выполнить все измерения верно благодаря контролю и подсказкам на каждом этапе в процессе исследования. Первая программа позволяет пошагово установить все требуемые настройки, а вторая проверяет каждую точку измерения на достоверность и делает предупреждение в случае компрометации точек.

Ключевые характеристики

• Диапазон частот – от DC до 500 кГц либо 5 МГц, в зависимости от комплектации;
• Базовая точность 0.05% при скорости работы 20 мс/точка;
• Диапазон сопротивлений – от 1 мОм до 1 ТОм
• ПО LabOne Sweeper для измерения частоты, напряжения смещение и амплитуды тестового сигнала;
• Время готовности прибора после включения – 25 с;
• Высокая повторяемость всех измерений;
• Наличие высокоскоростных интерфейсов USB2.0 и 1 GbE;
• Временная константа от 336 нс до 83 с;
• Возможность работы не только от сети, но и от аккумулятора;
• Полная функциональность в качестве синхронного усилителя;
• Compensation Advisor и Confidence Indicator для быстрых и точных измерений;
• Широкие возможности по модернизации без возврата на завод-изготовитель.

Доступные опции

• MFITF – модуль для измерений импеданса, оптимизированный для снижения искажений и включающий 12 DUT carrier модулей;
• MF-F5M – расширение диапазона частот до 5 МГц;
• MF-MD – опция мульти-демодулятора подключает дополнительный модуль для 4-контактных измерений для анализа тестовой системы на сразу двух частотах;
• MF-DIG – диджитайзер (Digitizer) – расширяет функциональность осциллографа путем добавления второго канала, возможности использования междоменных триггеров и непрерывной записи.

Инструменты LabOne в комплекте поставки

Анализатор импеданса MFIA управляется с помощью ПО LabOne. Наличие интегрированного веб-сервера делает возможным использование графического интерфейса, доступного через любой браузер, и устраняет необходимость установки дополнительного ПО. Для получения полного доступа к системе требуется просто подключить MFIA к локальной сети через интерфейс Ethernet, либо напрямую через USB и ввести его адрес в веб-браузере. Данные от каждого инструмента могут быть сохранены как растровое изображение либо в виде векторной графики. Для дальнейшего анализа на другом оборудовании поддерживаются файлы формата CSV. Базовые функции измерения и статистические функции доступны для выполнения первичного анализа (зависимости от времени или частоты).

Параметрический свипер

Даёт возможность выполнения автоматических измерений путем смещения параметров прибора в определенных диапазонах с возможностью настройки числа шагов и их величины (линейной или логарифмической). Важнее всего то, что без проблем автоматизируется запись частотной зависимости в виде изменений смещающего напряжения или амплитуды тестового сигнала. Имеется несколько особых программных режимов (заключающихся в подборе оптимальных параметров для конкретных измерений), позволяющих получать точные и воспроизводимые результаты с минимальными затратами времени.
Пример на изображении справа показывает частоту развертки от 100 Гц до 5 МГц для резистора сопротивлением 1 ГОм в двойном графике. На верхней диаграмме показано абсолютное значение импеданса [Z] и сопротивления Rp. Нижний график отображает измерение паразитной емкости Cp, которая остается постоянной на уровне около 30 фФ во всем диапазоне сканирования. Пользователь имеет возможность самостоятельно выбрать параметры, которые будут отображаться на графиках.

Плоттер и программный триггер

Плоттер и программный триггер отображают разнообразную анализируемую информацию, а также параметры модели в заданном временном промежутке. Плоттер отображает информацию по нескольким потокам данных непрерывно. Для заданного окна анализа продолжительностью 10 с временное разрешение может составлять до 10 мкс. Программный триггер захватывает и отображает отдельные диапазоны, выбираемые на основании различных заданных внешних и внутренних условий.
На рисунке снизу представлены данные измерения резистора сопротивлением 100 мОм за более чем 20 минут. Гистограмма отображается стандартные отклонения на уровне всего 6 мкОм.

Цифровой дисплей

Цифровой дисплей отображает все измеряемые и моделируемые параметры в настраиваемом пользователем формате. Можно выбрать наиболее важные параметры и отображать только то, что необходимо для работы. Каждый блок импеданса позволяет одновременно просматривать и значения импеданса, и измерения тока и напряжения как таковые, а также результаты моделирования таких параметров, как L,C, R и др.
На изображении справа представлено отображение модулем LabOne Numerical Tab всех параметров, связанных с импедансом, включая параметры модели, напряжение смещения и амплитуду тестового сигнала. Внешний вид свободно конфигурируется пользователем. Каждое значение дополняется графическим индикатором для улучшения визуального восприятия.

Индикатор достоверности (Confidence Indicator)

Все измеряемые данные проходят оценку достоверности, прежде чем быть представленными пользователю в различных инструментах. Если возникает подозрение, что измерение скомпрометировано за счет подавления сигнала, фильтрации, ошибки компенсации и т.п., отображается предупреждение и уведомление, что данные могут быть неточными. В зависимости от типа предупреждения вносятся рекомендации по устранению данной ошибки.

Советник по компенсациям (Compensation Advisor)

Для получения высокоточных измерений необходимо компенсировать паразитные эффекты, вызываемые самим испытательными оборудованием либо кабелем от прибора к измеряемому устройству. Советник по компенсации LabOne позволяет максимально эффективно и понятно, шаг за шагом, выбрать настройки, которые обеспечат максимально точные измерения. В дополнение к стандартным схемам компенсации Short-Open (SO) и Short-Open-Load (SOL), предлагаются и другие варианты. Прежде чем данные буду скорректированы, каждый шаг компенсации программно проверяется, после чего предоставляется отчет для пользователя.

Модуль для измерения импеданса и дополнительные интерфейсы

Лучшие результаты измерения могут быть получены с использованием опции MFITF (модуль для измерения импеданса), которая входит в комплект поставки MFIA. MFITF и кабель к измеряемому устройству сконструированы таким образом, чтобы вносить наименьшие искажения. Однако сам MFIA сконструирован таким образом, чтобы быть полностью совместимым и с другой испытательной арматурой, представленной на рынке.
Вспомогательные выходы и входы обеспечивают соответственно отправку и получение дополнительных управляющих сигналов к измеряемому устройству, либо аналоговую обратную связь с другими приборами. Разъемы DIO и триггерные порты позволяют использовать методы измерения, которые требуют точной синхронизации с другими частями испытательной установки.

Точность и диапазоны измерения

Номограмма сопротивления ниже показывает точность аппаратуры для заданных значений частоты и импеданса. В широкой основной зоне (выделена белым), точность 0.05% определена между частотами 1 мГц и 500 кГц и сопротивлением 1 Ом и 1 МОм (с ограничениями к области более высоких частот). Ряд измерений в диапазоне от 20 мОм до 50 Гом выполняется с уменьшенной точностью 0.1% и 1%. Мало того, даже вне этого диапазона возможно выполнение повторяемых измерений, однако их точность может упасть ниже 1%.
Измерение высокого импеданса на низких частотах может быть особенно сложным, когда значения должны быть получены вблизи линии частоты. Адекватное экранирование образца вместе с синусоидальным фильтром и возможность работы от батареи позволяют обеспечить наилучшие результаты.

Работа на двух частотах

Опция MF-MD (многочастотная опция) добавляет второй полный блок для 4-х контактных измерений к MFIA и позволяет выполнять исследование тестируемого устройства на 2 частотах одновременно. Когда измерения на нескольких частотах выполняются на регулярной основе, эта опция позволяет упростить установку и вдвое ускорить выполнение всех тестов.

Высокая повторяемость результатов и быстрый запуск прибора

Колебания температуры прибора могут существенно ограничивать время включение прибора и повторяемость измерений. MFIA имеет великолепные характеристики по этим параметрам, что отображено на диаграмме реактивности и графике температурного дрейфа (справа). В результате первые измерения можно начинать уже через 25 секунд после включения прибора.

Данная номограмма показывает зависимость точности и температурного дрейфа в зависимости от диапазонов измеряемых параметров в MFIA
 

Спецификация

Общие параметры Размеры 28.3 × 23.2 × 10.2 см Вес 3.8 кг Питание AC: 100 – 240 В, DC: 12 В, 2 A Возможности подключения (интерфейсы) USB 2.0, LAN 1 GbE Базовые параметры Диапазон частот DC – 500 кГц; DC – 5 МГц (с опцией MF-F5M) Разрешение по частоте 1 мкГц Базовая точность 0.05% (от 1 мГц до 50 кГц) Базовая температурная стабильность <200 ppm/K Уровень тестового сигнала От 0 В до 2.1 Urms, в т.ч. мониторинг Ширина полосы От 276 мкГц до 206 кГц Уровень смещения DC сигнала 2Т: ±10 В, 4Т: ±3 В Компенсация SO, SOL, LLL, SL, L, OL Измеряемые параметры, диапазоны и стандартная точность Импеданс Z От 1 мОм до 1 ТОм, 0.05% Полная проводимость Y От 100 pS до 1 kS, 0.05% Напряжение U От 0 до 3В, 1% Ток I От 0 до 10 мА, 2% Фазы ϴZ,ϴY, ϴV, ϴI ±180º, с разрешением 10 микроградусов Сопротивление Rs, Rp От 1 мОм до 1 ТОм, max(10 мкОм, 0.05%)¹ Емкость Cs, Cp От 10 фФ до 1 Ф, max(10 фФ, 0.05%)¹ Индуктивность Ls, Lp От 100 нГн до 1 Гн, max(10 нГн, 0.05%)¹ DC сопротивление RDC От 1 мОм до 1 ТОм, 2% Реактивное сопротивление Х От 1 мОм до 1 ТОм, 0.05% Проводимость G, реакт. проводимость B От 1 nS до 1 kS, max(10 nS, 0.05%)¹ Коэффициент потерь D От 10-5 до 105 Q-фактор (добротность) От 10-5 до 105 1 Точность верна, если параметр является определяющем в данном контуре LabOne Sweeper Параметры, доступные для свипа Частота, амплитуда сигнала, напряжение смещение и др. Количество точек свипа От 2 до 100 000 Разрешение свипа Любое, зависит от точки начала, конца и кол-ва точек Отображаемые параметры ZX, ZY, ZR, Zϴ, VX, VY, VR, Vϴ, IX, IY, IR, Iϴ, половинный уровень, частота, вспомогательные входы Отображаемые опции Одиночный и двойной (например, для Боде) графики, multitrace Предустановленные применения Импеданс, FRA, 3-Omega и др. Предустановленные программы свипа Секвентальный, бинарный, двунаправленный, реверсивный Шаг свипа Линейный, логарифмический Скорость свипа 20 ms/pt для частоты более 10 кГц Дополнительные инструменты и особенности Набор ПО LabOne Numerical view, Spectrum Analyzer, Plotter, SW trigger, Oscilloscope Поддерживаемые API C, MATLAB, LabVIEW, Python, .NET Режимы работы 2-контактный, 4-контактный Индикатор достоверности Сжатие, компенсация, открытие, подавление, выход из диапазона Диапазон контроля на входе Автоматический, по импедансу, ручной Амплитуда тестового сигнала Автоматический, ручной Контроль ширины полосы Автоматический, ручной Модели колебательных контуров Rp || Cp, Rp || Lp, Rs+Cs, Rs+Ls, G-B, D-Cs, Q-Cs, D-Ls, Q-Ls Измерения DCR Да Совместимость с испытательной арматурой Да