如何用NI資料擷取卡來建立一台自己的鎖相放大器?
甚麼情況下會需要用資料擷取卡來客製化儀器(鎖相放大器)?
有空間上的限制,希望做出來的設備可以越小越好,不用使用到儀器架
或許是空間不夠大無法將一台儀器型的鎖相放大器直接放進去
等於是將傳統儀器上通常會有的面板及旋鈕去除
概念類似電腦中的迷你小主機,只留下主機板及必要零件
移除螢幕鍵盤滑鼠等周邊
可應用於製作出一個專用的測試系統中當作一個子模組
例如:你需要做一個某項測試專用系統,其中包含了鎖相放大器功能,
或許是還需要加上其他的測試項目參數
或是還需要有IO信號送出…或是預算有限制
這些時候將多項功能整合在一張DAQ Card卡會是一個好辦法
當然如果你還是覺得要選用儀器比較穩,也是很好的決定。
如何用資料擷取卡來做出一台鎖相放大器?
資料擷取卡中已經有許多儀器化的卡片,例如:示波器卡,電表卡,電源供應器卡…
因此會想說有沒有可以變成鎖相放大器的卡
將資料擷取卡變成鎖相放大器需要有軟體及硬體兩部分的準備
以下分別就軟體及硬體兩方面來描述:
LabVIEW軟體模組的使用:
用NI的LabVIEW軟體可以建立一個鎖相放大器的應用
您可以到NI的官網去尋找資源或是和我們聯絡
提供的範例中會有個word說明檔,文件中對於NI lock-in Amplifier原理及程式模組都有較為完整的說明。
也可以看我們之前的介紹: 甚麼是鎖相放大器的工作原理? 帶你一步一步來了解
來了解鎖相放大器的原理及使用方式
開啟MultichannelLockin-Daqmx.llb下的MultichannelLockin –Daqmx.vi,這個程式
可以發現這個範例程式非常簡潔
其程式碼一目了然,方便使用者從這個程式為起點,修改成自己的版本。
其中三個上方為淡藍色的模組就是lock-in amplifier的模組,有這些模組,就可以將資料擷取卡轉變成鎖相放大器來使用。
在文件中針對這三個vi的功能也都有詳細的介紹,這些程式模組可以自由使用。
但是這些模組有被密碼保護鎖住無法再點進去看細節。
有了這個llb再選擇搭配適合的硬體就可以組合出一台自己的PC_based 數位鎖相放大器(Digital Lock-in Amplifier)。
硬體部分的選擇:
首先,用NI DAQ card 來做成數位鎖相放大器的唯一的必要條件是類比輸入(Analog Input )的部分要選用具有”同步擷取功能”的卡,只要有同步擷取,不同channels的信號是同時擷取的,因此就沒有相位不一致的問題,就可以轉化為鎖相放大器使用。
再來才是考慮解析度,通常會選擇高解析度的(24bits)及取樣率的快慢(100KS/s),這些選擇可依據需要應用的情境而定,而規格越高的卡片價格自然也會越貴。
而類比輸出(Analog Output)部分,如果同一張卡片沒有類比輸出(AO channel)可以外加另一張卡或是信號產生器代替以當作參考信號源(reference signal)使用。
哪些硬體組合是我們目前有試過可行的方案?
NI PXI-4461
原本是用在聲音及震動測試的方面,是用做動態信號分析,將時域信號轉成頻域信號的卡,具有很高的解析度24bit 及高動態範圍
因為鎖相放大器是需要量測微小信號的應用
所以具有高解析度的卡片很適合此應用
具有2 channels類比輸入2channels類比輸出(BNC connector)
因為高解析度相對的取樣率(sampling rate)為(204.8KS/s)
但是在一般的鎖相放大應用中已經足夠
USB 4431
解析度也是24bit
取樣率(sampling rate)為(102.4KS/s)
4 channels類比輸入1channel類比輸出(BNC connector)
USB介面攜帶更方便,與筆電搭配就形成一台儀器,不占空間
C series模組
可以用CompactDAQ 或是 CompactRIO機箱來整合成多通道的應用
類比輸入模組的選擇有:
NI 9234
類比輸入模組
解析度是24bit
取樣率(sampling rate)為(51.2KS/s)
4 channels類比輸入
NI-9215
類比輸入模組
解析度是16bit
取樣率(sampling rate)為(100KS/s)
4 channels類比輸入
類比輸出模組的選擇:
NI 9263
類比輸出模組
100 kS/s/ch 同步，±10 V，4 通道 C 系列電壓輸出模組
是一款同步更新的類比輸出模組
以上是以NI 的軟體模組及硬體組合來形成一台數位式鎖相放大器的介紹。
另外,也有用類比IC放大器電路來製作的類比式鎖相放大器
再將信號由一般資料擷取卡擷取,此種類比式可將PLL， Mixer， RC filter等元件由類比IC 放大器電路來形成,這裡就暫且不詳述了。
而類比式會有信號漂移或是Offset的問題,但是不需要額外信號處理時間的問題，數位則相反，數位式及類比式各有其優缺點
這篇文章描述了如何用LabVIEW 程式與NI資料擷取卡來建立一台鎖相放大器的步驟與方法,如果您有興趣可以自己玩看看，或是與我們聯絡討論更多鎖相放大器的相關細節