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LabOne 亮点

LabOne® 的每个新版本,在保持苏黎世仪器质量标准的同时,均会增加一系列的新功能来扩展仪器的功能。此页面总结了 LabOne 的一些最重要的功能。

现在更新

LabOne 20.07

除了提高系统稳定性,增强性能以及硬件和固件的功能外,LabOne 20.07 还提供了旨在提供更好用户体验的新信号处理工具。

信号趋势实时跟踪(Signal Trends)

The Spectrum Analyzer tool of LabOne

Spectral leakage often occurs when temporal signals are analyzed in the frequency domain using the Fourier transform. This is due to the limited signal span over the temporal axis and can be mitigated by tapering the signal with temporal window functions. Symmetric window functions such as the Rectangular, Hamming, Hann, and Blackman-Harris windows are used widely as they provide different levels of trade-off between dynamic range and frequency resolution. From LabOne 22.02 onwards the Flat Top window also features in the Scope, DAQ and Spectrum Analyzer tools of LabOne, thus adding one more choice for spectral-leakage control when analyzing a signal in the frequency domain. In particular, the Flat Top window minimizes scalloping loss, which is desirable if the amplitude of sine signals is obtained from their spectral components.

The GIF shows the Spectrum Analyzer of LabOne where different symmetric and asymmetric window functions can be selected to reach an optimal balance between dynamic range and frequency resolution.

信号趋势实时跟踪(Signal Trends)

当需要从采集到的原始数据中观察信号的特征随时间的变化时,通常要对这些数据做后处理。这一过程不是实时的,因此很难根据信号实时趋势调节实验参数。LabOne 的信号趋势实时跟踪工具 (Signal Trends) 可以实现实时信号处理,并可视化处理后的信号。例如,趋势图(见图中下半)跟踪了示波器采集到的脉冲延迟和峰值(见图中上半):揭示了峰值位置的延迟是线性变化的(橙色曲线),且峰值变化的趋势是二次曲线(绿色曲线)。这一工具使示波器模块、绘图模块,频谱分析模块和 DAQ 模块的功能得到了增强。

LabOne running on a Raspberry Pi computer

信号趋势实时跟踪(Signal Trends)

当需要从采集到的原始数据中观察信号的特征随时间的变化时,通常要对这些数据做后处理。这一过程不是实时的,因此很难根据信号实时趋势调节实验参数。LabOne 的信号趋势实时跟踪工具 (Signal Trends) 可以实现实时信号处理,并可视化处理后的信号。例如,趋势图(见图中下半)跟踪了示波器采集到的脉冲延迟和峰值(见图中上半):揭示了峰值位置的延迟是线性变化的(橙色曲线),且峰值变化的趋势是二次曲线(绿色曲线)。这一工具使示波器模块、绘图模块,频谱分析模块和 DAQ 模块的功能得到了增强。

信号趋势

信号趋势实时跟踪(Signal Trends)

当需要从采集到的原始数据中观察信号的特征随时间的变化时,通常要对这些数据做后处理。这一过程不是实时的,因此很难根据信号实时趋势调节实验参数。LabOne 的信号趋势实时跟踪工具 (Signal Trends) 可以实现实时信号处理,并可视化处理后的信号。例如,趋势图(见图中下半)跟踪了示波器采集到的脉冲延迟和峰值(见图中上半):揭示了峰值位置的延迟是线性变化的(橙色曲线),且峰值变化的趋势是二次曲线(绿色曲线)。这一工具使示波器模块、绘图模块,频谱分析模块和 DAQ 模块的功能得到了增强。

信号趋势

直方图拟合

绘图仪反正弦拟合

锁相放大器解调器中的低通滤波器可滤除不需要的频谱分量。如果滤波器带宽太宽,则解调后的信号包含残留的不需要的频谱分量,其输出信号遵循反正弦分布,可描述为碗形直方图 (bowl-shaped histogram)。对于设置正确的滤波器,直方图遵循钟形正态分布 (bell-shaped normal distribution)。使用新的直方图拟合工具,LabOne 可以用反正弦和高斯分布(见图)来拟合测得的直方图。这意味着您可以通过监视直方图的分布规律来调整滤波器带宽,从而实现最佳的带宽设置。 “数学计算” (Math) 选项卡中的拟合误差可以协助用户更好地评价测量质量。

线性拟合

LabOne 20.01中的线性拟合

在很多测量应用中,经常遇到呈线性响应的带噪声信号,而您希望排除噪声的扰动并获取该响应的斜率和截距。例如,增加光电二极管上的光照强度,并测量光电流来获得其灵敏度,即在小信号的情况下光电流对光功率的斜率。另一个例子是测量隐藏在噪声信号中的某个频谱分量,其频率可以通过观察测得相位相对于时间的变化推导而出。在 LabOne 中,用户可以使用参数扫描仪模块 (Sweeper) 和 DAQ 模块中的线性拟合工具来计算斜率,截距和线性拟合质量(决定系数,R2) 给出,如左图所示。

噪声建模

解调信号的幅度 R 噪声特性服从莱丝 (Rice) 分布,而其正交分量 X 和 Y 的噪声特性服从高斯 (Gauss) 分布。在 LabOne 中,用户可以根据测量数据的类型直接对直方图进行不同模型的拟合,以比较测量结果与理论值。通过实时参数,尤其是拟合误差的计算,用户可以优化仪器的参数设置 (例如滤波器时间常数),测得的直方图也可以如右图所示保存。

直方图拟合

复平面显示

LabOne 20.01中的复杂平面旋转

在超导量子计算中,通常在复平面中表示被测量子比特的量子态:实轴显示读出信号的同相分量 I,虚轴显示正交分量 Q。如左图所示,LabOne 可以在 I/Q 平面上显示复数值数据,并执行旋转操作,使阈值处理过程更为直观。

瀑布图显示和触发式频谱分析

LabOne 的频谱分析模块是信号频域分析的强大工具,比如边带测量、量化多个信号分量或表征各种噪声源。您甚至可以在测量数百兆赫兹信号时达到亚赫兹的分辨率。

此应用广泛的模块具有瀑布图或频谱图显示功能,可用于分析频谱的时间演化特性。此外,它还可以精确定时执行多个频谱的触发式采集,并将结果显示为二维彩色图。触发式数据采集功能是由 LabOne 数据采集(DAQ)工具来实现的,该工具由最初被称为软件触发器 (软件触发器) 的模块演化更新而来。

这些功能可以用于 NMR 频谱中瞬态现象的测量,例如自由感应衰减 (FID) 。在安装了 UHF-AWG 任意波形发生器选件的 UHFLI 上,触发式采集功能有很多重要的用途。此仪器配置集成了脉冲生成、同步采集以及用于时域和频域分析的功能强大的软件,因此是脉冲测量应用的理想工具。

从参数扫描仪数据中提取 Q 值

共振拟合

在诸如微机电系统 (MEMS)、原子力显微镜 (AFM)、陀螺仪,传感器等应用中,搭建闭环控制系统通常需要知道谐振器 Q 值的大小,如,用 PLL 来跟踪音叉的谐振轨迹。此外,Q 值反映了振荡器的阻尼特性,例如激光器和时钟信号发生器中的振荡器。因此,从测得的频率响应中快速准确地提取出谐振器的 Q 值通常是非常必要的。 LabOne 中的参数扫描仪 (Sweeper) 模块提供了提取 Q 值所需的数学工具。通过测量谐振器的频率响应,在峰值附近设置游标,并在“数学工具”(Math)选项卡中添加谐振拟合,可以获得谐振器参数。如图所示,该工具用洛伦兹模型(虚线)对幅值和相位测量曲线(实线)分别进行拟合,得到了谐振器参数,包括 Q 值,谐振频率,-3 dB 带宽或半高宽 (FWHM)。

多设备同步(MDS)

Diagram of multi-device synchronization for MF

从 LabOne 版本 17.06 开始,同时操作多台 Zurich Instruments 产品的用户便可以通过单个 LabOne 界面同步多台仪器了。

多设备同步 (MDS) 可以用于同步多个信号输入和信号输出通道,它提供了时钟同步和时间戳对齐的功能。用户可以通过单个用户界面或 API 来控制所有使用 MDS 模块连接的仪器。

以下信号生成模块和数据采集工具可使用 MDS 模块扩展:

  • 任意波形发生器 (AWG):用单个定序器控制多个 AWG 设备的输出通道,以及所有输出波形的采样同步。
  • 参数扫描仪工具:在单台仪器上扫描一个参数,可同时采集多台仪器的数据并显示于单个图形中。
  • 绘图仪工具:在单个绘图仪窗口中对齐并分析多台仪器的测量数据。
  • 数据采集模块:使用任意触发信号,将来自多台仪器的同步的帧信号显示在单个图像窗口中。
  • 连续记录同步数据:从多个仪器采集完全同步的数据信号。包括锁相模块,Boxcar,PID,算术单元和示波器的数据。

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使用数据采集模块构建图像

徽标DAQ

成像是扫描探针显微镜(SPM)和非线性成像(主要例如 CARS,SRS 和 THz 光谱)中最重要的应用之一。

成像模式是将测量信号转换为图像,且:

  • 根据行触发器检测到的起始事件和用户定义的时长,明确定义 ”行”。
  • 通过适当的插值和/或平均将记录的数据样本重采样到所需的像素数。
  • 根据定义的行数将类似矩阵的数据存储在栅格类数据结构中。

所有这些功能都可以用 LabOne 数据采集工具 (DAQ) 来实现。用户既可以在用户界面中使用也可以在 API 中使用。LabOne 服务器架构能够以触发方式实现速度高达 800 kSa/s(取决于产品类别)的多个通道的流传输,因此其数据采集能力极强;甚至与视频类似的速率 (512 x 512 像素/秒)仍远低于传输速率限制。

图形化锁相界面——功能框图

通过显示 LabOne 用户界面的解调器的功能框图,用户可以直观地了解信号处理过程。

LabOne Graphical Lock-in Tab

文件管理器

用户通过 LabOne 中的文件管理器可以快速轻松地访问本机电脑保存的测量文件,设置文件和日志文件。此外,MFLI 用户还可以管理仪器的闪存驱动器内的文件,以及连接到两个 USB 接口之一的存储设备上的文件。

 

预设配置

通过 UHFLI 和 MFLI 的预设配置功能,用户可以自定义仪器启动设置而无需启动电脑、LabOne 和 API。这一设置对于始终需要相同仪器配置,且测量结果主要来自辅助输出端口的应用是非常重要的。典型例子是成像应用(SPM, AFM),需要通过模拟通道连接主控器。

现在更新

 

在软件安装或更新之前,请检查 LabOne 兼容性页面

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