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单通道太赫兹频域仪

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  • 2000万美元的太赫兹光谱市场到底在哪里?

    2000万美元的太赫兹光谱市场到底在哪里?

    太赫兹波介于微波与红外之间,波长大概在0.1mm(100um)到1mm范围。太赫兹光谱和其他光谱技术形成互补,许多化合物(毒品、炸药和各种形态的原料药)在太赫兹波段具有独特的指纹特征谱。太赫兹波不会引起生物组织的光致电离,人类可以安全接触。各种各样的商业太赫兹光谱仪已经在市场上销售,包括传统的频域系统、时域系统、成像系统和便携式仪器。2012年的全球实验室太赫兹光谱的需求约为2000万美元,并且至少有六个主要的竞争对手能够提供商业化太赫兹光谱仪器。尽管2013年太赫兹光谱市场面临一个具有挑战性的环境,但是仍然会获得中等个位数的增长。而且到2014年这一市场预期会达到两位数的强劲增长。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/10/201310142026_470848_2063536_3.png

  • 集成太赫兹收发器问世

    美国科研人员开发出了首个集成太赫兹(THz)固态收发器,新设备比目前使用的太赫兹波设备更小,功能更强大。相关研究成果发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。  太赫兹技术是近年来十分热门的一个研究领域,2004年被评为影响世界未来的十大科技之一。美国能源部桑迪亚国家实验室的研究人员将同一块芯片上的探测器和激光器结合在一起,制造出了该接收设备。在实验中,研究人员将一个小的肖特基二极管嵌入一个量子级联激光器(QCL)的脊峰波导空腔中,让能量能够从量子级联激光器内部的磁场直接到达二极管的阴极,而不需要光耦合通路。这样,研究人员就不需要再为制造这些收发器等设备所需要的光学“零件”如何定位而“抓耳挠腮”了。  新的固态系统利用了太赫兹波发出的频率。太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波,介于微波与红外之间,它能够穿透非金属材料,从而为安检、医学成像提供新的手段,在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。  量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件之一,科学家于2002年演示了半导体太赫兹量子级联激光器。太赫兹量子级联激光器的一个优势在于其能够同其他组件一起被整合在同一个芯片上。然而,此前要想装配出灵敏的相干收发器系统,研究人员需要将零散的、并且常常是巨大的组件组合到一起。而现在,研究人员只是将太赫兹量子级联激光器和二极管混频器整合在一个芯片上,就可以组成一个简单实用的微电子太赫兹收发器。  研究人员也证明,新的太赫兹集成设备能够执行以前组件零散的太赫兹系统的所有基本功能,例如传输相干载波、接受外部信号、锁频等。

  • 太赫兹时域光谱

    [color=#444444]求助!我最近测试了太赫兹时域光谱,只得到了时间和电场强度的数据,请问如何处理成折射光谱和吸收光谱的数据?[/color]

  • 太赫兹技术——“改变未来世界的十大技术”之一

    太赫兹技术——“改变未来世界的十大技术”之一

    太赫兹(Terahertz,1THz=1,000,000,000,000Hz)泛指频率在0.1~10THz波段内的电磁波,位于红外和微波之间,处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。早期太赫兹在不同的领域有不同的名称,在光学领域被称为远红外,而在电子学领域,则称其为亚毫米波、超微波等。在20世纪80年代中期之前,太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展相对比较成熟,但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限,形成了所谓的“THz Gap”。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/02/201202141622_349255_1798788_3.jpg  2004年,美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一,而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首,举全国之力进行研发。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”,邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向,并制定了我国THz技术的发展规划。另外,美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。    关注太赫兹技术的最新仪器研究成果、应用进展及相关科研成果,太赫兹技术领域的实验室动态及会展新闻,请关注仪器信息网技术专题:太赫兹技术——“改变未来世界的十大技术”之一。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_646122_1798788_3.jpg  专题链接:http://www.instrument.com.cn/news/subject/201003/?SubjectID=161  该专题对于您了解太赫兹技术有哪些帮助?您认为该专题中还应该包含哪些内容,以便对太赫兹技术有更好的了解?欢迎广大网友讨论,我们会根据您的建议不断改进,希望今后能够推出内容更丰富的技术专题,对广大网友的学习工作带来更多的帮助。

  • 科学家开发出石墨烯太赫兹设备样机

    为研制太赫兹设备与操控系统开辟了广阔舞台 中国科技网讯 在电磁波谱中,太赫兹波段是当前最热的研究范围之一。据美国物理学家组织网5月2日报道,美国圣母大学通过实验证明了利用石墨烯原子层可以有效操控太赫兹电磁波,并制作了一台基于石墨烯材料的太赫兹调制器样机,为开发紧密高效且经济的太赫兹设备与操作系统开辟了广阔舞台。相关论文近日发表在《自然·通讯》杂志上。 人们每天都在用着电磁能量,看电视、听广播、用微波炉做爆米花、用手机通话、拍X光片等,电子产品和无线电设备中的能量大部分是以电磁波形式传输的。太赫兹波处于微波和可见光频率之间,在日常生活中有着重要应用。比如在通讯设备中,用太赫兹波能携带比无线电波或微波更多的信息;在拍X光片的时候造成的潜在伤害更小,所提供的医学和生物图像分辨率也比微波更高。 “太赫兹技术前景光明,但一个最大的瓶颈问题是缺乏有效的材料和设备来操控这些能量波。如果有一种天然二维材料能对太赫兹波产生明显反应,而且可以调节,就给我们设计高性能太赫兹设备带来了希望。而石墨烯正是理想的材料。”圣母大学电学工程系研究生贝拉迪·森赛尔-罗德里格斯说,石墨烯是仅有一个原子厚度的半导体材料,具有独特的电学、机械力学和热学性质,在诸多领域都有着潜在的应用价值,如最近开发的快速晶体管、柔性透明电子产品、光学设备,以及目前正在开发的太赫兹主动元件。 研究小组演示了他们用于概念论证而制作的第一台样机,这台基于石墨烯材料的调制器,可在石墨烯内部实现带内跃迁,是目前唯一能做到这一点的太赫兹设备。 该校电学工程系副教授邢慧丽(音译)指出,石墨烯自发现以来,一直被当作新研究的理想平台,但至今它在现实中还很少应用,操控太赫兹波就是其应用之一。在2006年时,他们曾想用二维电子气体来操控太赫兹波,去年他们论证了基于石墨烯的高性能设备,今年是首次通过实验证明了这种设备,并将进一步开展研究。(记者 常丽君) 《科技日报》(2012-05-04 二版)

  • 【Sunny看新闻】-2012.2.7:新安检技术,太赫兹

    昨晚的北京经历了过年最后的疯狂,烟花爆竹不断,仿佛回到了年三十。今天的天气依然不错,进入新闻短评,欢迎大家讨论!  从太赫兹安检技术延伸看安检技术  新闻链接:http://www.instrument.com.cn/news/20120206/073687.shtml  今天看到一条新闻“我国太赫兹安检技术研究取得进展”,新闻中提到“说该项技术样机将于年内面世,快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品,并且该技术对人体更加安全。”  对于太赫兹技术,我不是专家,没有发言权。但作为一名每天都要接受安检检测的普通人,我希望安检技术能够更简便,同时更快速,当然对人体安全是首要的。不知道这种太赫兹安检技术能否能满足我这样的需求。  目前,我们接触到最多的安检技术就是基于X射线技术的安检机,这种技术通过对包内物成像后,再由工作人员来进行判断。对我而言,我觉得他最大的缺点就是太慢了,太繁琐,特别在地铁口,导致很多人不愿意按规则接受安检。  其次是金属探测器,在飞机场安检时,手持的,在人体上移动的仪器就是金属探测器。这类仪器故名思议只能对金属危险品可以检测。对我而言,这个速度还是比较快的。  第三是Smiths Detection的基于离子迁移谱技术的毒品痕量检测仪,我在成都机场曾经接受过此检测。这项技术进行检测,是通过一个与仪器匹配的试纸现在行李上进行触碰,而后将试纸放入仪器中进行检测。我对这项安检技术体验较好,第一速度很快,第二受检者基本不需要有任何的配合。  第四是基于拉曼光谱的安检技术。前三种技术,我在生活中都切身体验过,而唯独这项技术我只在仪器展会上看到过演示。测量是通过探头对可疑的物品(如粉末或瓶装液体)的触碰,然后通过与数据库中的毒品物谱图相对比而进行判断,速度也比较快。  以上四种技术都有各自所专注的一方面,新的太赫兹技术据报道看可以满足现有技术的所有能满足的各种需求,不知道是否如此,欢迎大家讨论?另大家有没有亲身经历过别的或了解到别的技术?也欢迎提供。

  • 【原创大赛】超快太赫兹-扫描隧道显微镜(THz-STM)—调控单原子隧道电流

    【原创大赛】超快太赫兹-扫描隧道显微镜(THz-STM)—调控单原子隧道电流

    原子级上电流的超快控制对纳米电子未来的创新至关重要。之前相关研究表明,将皮秒级太赫兹脉冲耦合到金属纳米结构可以实现纳米尺度上极度局部的瞬态电场。 近期,加拿大阿尔伯塔大学(University of Alberta)Frank A. Hegmann教授研究组在美国RHK Technology公司生产的商用超高真空扫描隧道显微镜(RHK-UHV-SPM 3000)系统上自主研发了太赫兹-扫描隧道显微镜(THz-STM),首次在超高真空中对Si(111)-(7×7)样品表面执行原子分辨率THz-STM测量,展示了超高真空中的THz-STM探索原子精度的超快非平衡隧道动力学的超强能力。[align=center][img=,500,264]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807311403502131_145_981_3.jpg!w500x264.jpg[/img][/align][align=center]图1:利用THz-STM在超高真空中控制极端隧道电流[/align] 在图1(a)中可以看到,超快太赫兹(THz)脉冲通过反向视窗上的透镜(左侧)聚焦到超高真空(中间)的STM探针上,在隧道结(插图)处产生隧道电流。图1(c)中展示了耦合到STM针尖的太赫兹脉冲引发随时间变化的偏压(VTHz(t),红色实线),驱动超快太赫兹感应电流(ITHz(t),蓝色实线),从而产生整流的平均隧道电流。太赫兹脉冲极性(0°, 90°, 180°)可用于控制太赫兹脉冲引起的整流隧道电流,如图1(e)所示。电子从样品向尖端流动,产生负的太赫兹极性,从尖端到样品具有正的太赫兹极性。[align=center][img=,500,358]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807311405019168_3214_981_3.jpg!w500x358.jpg[/img][/align][align=center]图2:Si(111)- (7×7)上的单个原子非平衡隧穿的超快控制[/align] 极限太赫兹脉冲驱动的隧道电流高达常规STM中稳态电流的107倍,实现了以0.3nm的空间分辨率对硅表面上的单个原子成像,由此确定在高电流水平下的超快太赫兹脉冲驱动隧道确实可以局域化为单一原子。此外,测试结果表明解释Si(111)-(7×7)上的太赫兹驱动的STM(TD-STM)图像的原子波纹(其中数百个电子在亚皮秒时间尺度内隧穿),需要理解非平衡充电动力学由硅表面的太赫兹脉冲引起。同时,单个原子的太赫兹驱动隧道电流的方向可以通过太赫兹脉冲电场的极性来控制。在太赫兹频率下,类金属Si(111)-(7×7)表面不能从体电子屏蔽电场,导致太赫兹隧道电导与稳态隧道电导基本机制的不同。很显然,这样一个极端的瞬态电流密度并不会影响所研究的单原子STM针尖或样品表面原子,如同在传统STM测试中具有如此大小隧道电流的Si(111)-(7×7)一样。[align=center][img=,500,214]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807311405376531_6859_981_3.jpg!w500x214.jpg[/img][/align][align=center]图3:太赫兹感应电流中的热电子[/align] 在高太赫兹场中观察到了来自热电子的隧道电流的额外贡献。超快太赫兹诱导的带状弯曲和表面状态的非平衡充电打开了新的传导通路,使极端瞬态隧道电流在尖端和样品之间流动。半导体表面的THz-STM为原子尺度上的超快隧穿动力学提供了新的见解,这对于开发新型硅纳米电子学和以太赫兹频率工作的原子级器件至关重要。[b]参考文献:[/b]1. Tyler L. Cocker, Frank A. Hegmann et al. An ultrafast terahertz scanning tunneling microscope. Nature Photonics, 151(2013).2. Vedran Jelic, Frank A. Hegmann et al. Ultrafast terahertz control of extreme tunnel currents through single atoms on a silicon surface. Nature Physics, 4047(2017).

  • 【分享】H德国物理学家 赫兹

    中文名称: 赫兹   外文名: H.R.——Heinrich Rudolf Hertz   生卒年: 公元1857-1894   洲: 欧洲   国别: 德国   省: 汉堡   赫兹,德国物理学家。1857年2月22日生于汉堡。父亲为律师,后任参议员,家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣,12岁时便有了木工工具和工作台,以后又有了车床,常常用以制作简单的实验仪器。1876年赫兹入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理,第二年又转入柏林大学,在H.von亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。在随赫尔姆霍兹学习物理时,受赫尔姆霍兹的鼓励研究麦克斯韦电磁理论。赫兹决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯韦理论,电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理,设计了一套电磁波发生器,赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时,其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后,电荷便经由电火花隙在锌板间振荡,频率高达数百万周。由麦克斯韦理论,此火花应产生电磁波,于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段导线弯成圆形,线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压,而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内,检波器距振荡器10米远,结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板,入射波与反射波重迭应产生驻波,他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率,又以检波器量得驻波的波长,二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样。电磁波传播的速度等于光速。1887年11月5日,赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中,总结了这个重要发现。1888年,赫兹的实验成功了,麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。在发现电磁波不到6年,意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播,并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术,也像雨后春笋般相继问世。无线电报(1894年)、无线电广播(1906年)、无线电导航(1911年)、无线电话(1916年)、短波通讯(1921年)、无线电传真(1923年)、电视(1929年)、微波通讯(1933年)、雷达(1935年),以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。1880年他以纯理论性工作的《旋转导体电磁感应》论文获得博士学位,成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885~1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授。赫兹还通过实验确认了电磁波是横波,具有与光类似的特性,如反射、折射、衍射等,并且实验了两列电磁波的干涉,同时证实了在直线传播时,电磁波的传播速度与光速相同,从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。并且进一步完善了麦克斯韦方程组,使它更加优美、对称,得出了麦克斯韦方程组的现代形式。此外,赫兹又做了一系列实验。他研究了紫外光对火花放电的影响,发现了光电效应,即在光的照射下物体会释放出电子的现象。这一发现,后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。1889~1894年接替R.克劳修斯的席位任波恩大学物理学教授。1894年1月1日因血液中毒在波恩逝世,年仅36岁。为了纪念他在电磁波发现中的卓越贡献,后人将频率的单位命名为赫兹。相关研究领域:数学、物理学,特别是在电磁学方面。在赫兹以前,由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论,因为未经系统的科学实验证明,始终处于“预想”阶段。把天才的预想变成世人公认的真理,是赫兹的功劳。同时,赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波,使假说变成现实。相关作品:1、《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》2、《论动电效应的传播速度》3、《论电力射线》

  • 近红外光谱与太赫兹光谱相比,各有哪些技术优势?

    [font=宋体][font=宋体]太赫兹泛指频率在[/font][font=Times New Roman]0.1THz[/font][font=宋体]到[/font][font=Times New Roman]10THz[/font][font=宋体]波段内的电磁波,位于红外和微波之间。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]太赫兹光谱具有很宽的带宽[/font][/font][font=宋体]([/font][font='Times New Roman']0.1 ~10TH[/font][font=宋体][font=Times New Roman]z[/font][font=宋体]),动态范围大,具有大于[/font][font=Times New Roman]10[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman]5[/font][/font][/sup][font=宋体]的高信噪比;具有瞬态性,可以进行时间分辨光谱的研究;[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]太赫兹光谱[/font][/font][font=宋体]光子能量低,穿透性强,适合于生物组织的活体检查。但存在仪器价格非常昂贵,分析检测环境要求高等缺点。而[/font][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]则对分析环境要求较低,受环境因素影响小;此外,[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器价格便宜,尤其是[/font][font=Times New Roman]CCD[/font][font=宋体]型微型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url],且仪器性能稳定,具有较好的环境抗干扰能力,适用于工业生产场景的检测应用。[/font][/font]

  • 中国科学院精密测量院关于液体中激光诱导太赫兹辐射的实验研究方面获进展

    [align=center][img=,500,109]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/1bf362c7-d04f-4598-abef-b156b7517a65.jpg[/img][/align]太赫兹波在通讯和成像等方面颇具应用价值。强场超快激光与物质非线性相互作用是产生太赫兹波的重要方式之一。等离子体、气体、晶体等太赫兹产生介质相关的实验与理论研究较为充分。然而,液体水是很强的太赫兹波吸收介质,尚未有其产生太赫兹波的报道。2017年,实验发现,液体薄膜厚度或液体束直径降到微米量级时,太赫兹波的辐射大于吸收。这开启了液体太赫兹波研究的新方向。近年来,液体太赫兹波领域有实验报道,但实验观测到的较多现象均与其他介质的结果不同。例如:单色激光场可以有效地产生液体太赫兹波,而气体介质需要特定相位差的双色激光;液体太赫兹波的产率与驱动激光的能量是正比关系,而气体介质中是平方关系;在一定范围内液体太赫兹波的产率随激光的脉冲宽度的增加而增加,而气体介质相反;在双色激光的驱动下,液体太赫兹波出现非调制信号,在气体介质中却未见类似信号。复杂无序的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]体系的理论研究一直是难题,以上现象难以用已有理论来解释。科研人员只能基于之前的等离子体模型和界面效应等,来解释一些高光强下的宏观实验结果。近日,中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员卞学滨和博士研究生李正亮,提出了产生液体太赫兹波的位移电流模型,可以系统解释上述实验观测到的系列反常现象。该微观机制模型的物理图像如图所示:液体的无序结构使得电子波包局域化,同时不同分子的外层电子的能量受到环境的影响而发生移动,在强场激光的作用下不同分子的外层电子发生跃迁,产生非对称体系的位移电流。这些跃迁的能量差在太赫兹能量区域,进而辐射出太赫兹波。同时,该工作表明原子核的量子效应起到关键作用,并预言太赫兹辐射可以研究液体的同位素效应。[align=center][img=,500,140]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/ab7bd8de-a34e-46d4-8c18-af8e57f38952.jpg[/img][/align]关于液体中激光诱导太赫兹(THz)辐射的实验研究取得了长足进展。液体太赫兹显示出许多不同于气体和等离子体太赫兹的独特特征。例如,液体太赫兹可以通过单色激光有效产生。驱动脉冲持续时间越长,产生率越高。它还与激发脉冲能量成线性关系。在双色激光场中,测量到了意想不到的未调制太赫兹场,其对驱动激光能量的依赖性与调制太赫兹波完全不同。然而,由于难以描述复杂无序液体中的超快动力学,其潜在的微观机制仍不清楚。在此,提出了一个位移电流模型并且理论成功地再现了实验观测结果。此外,理论上还可进一步用于研究太赫兹辐射在 H[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]O 和 D[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]O 中的核量子效应。这项工作为研究块状液体中太赫兹辐射的起源提供了基本见解。上述成果是卞学滨团队在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]强场超快动力学研究领域继高次谐波统计涨落模型之后的又一理论进展。相关研究成果以Terahertz radiation induced by shift currents in liquids为题,发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。[align=center][img=,500,407]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/abaa2b75-02df-446e-b97d-f1ac0f39ce5b.jpg[/img][/align][align=center]液体太赫兹波产生的原理图[/align][来源:仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]

  • 科学家研发出太赫兹地沟油检测仪

    科学家研发出太赫兹地沟油检测仪

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208022150_381350_1641058_3.jpg该项技术通过先进的太赫兹电磁波技术来辨别地沟油。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208022150_381352_1641058_3.jpg简单版检测仪长宽约为1米,适合固定在车辆后备箱内。  上海科学家研发地沟油检测仪:电磁波一秒"振"出地沟油  利用电磁波,一秒钟“振”出地沟油,这就是上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室地沟油检测仪的“本领”。

  • 【求助】液相色谱单通道问题

    各位好,液相色谱中流动相其中一个比例只占3%,所以选择了单通道,不经过四元比例阀,直接接到了泵进口,我想问各位,流动相按比例混在一起后,使用单通道不经比例阀和用一个通道经过比例阀,再进泵有没有区别?

  • 示波器频域分析如何应用于电源调试?

    电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz,最高可达150MHz。电源噪声,特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强,对微机和数字电路易产生严重干扰。[b]示波器频域分析在电源调试的应用[/b]本文谈到这么多年来最受关注的电源噪声测量问题,有最实用的经验总结,有实测案例佐证,有仿真分析相结合。在电源噪声的分析过程中,比较经典的方法是使用示波器观察电源噪声波形并测量其幅值,据此判断电源噪声的来源。但是随着数字器件的电压逐步降低、电流逐步升高,电源设计难度增大,需要使用更加有效的测试手段来评估电源噪声。本文是使用频域方法分析电源噪声的一个案例,在观察时域波形无法定位故障时,通过FFT(快速傅立叶变换)方法进行时频转换,将时域电源噪声波形转换到频域进行分析。电路调试时,从时域和频域两个角度分别来查看信号特征,可以有效地加速调试进程。在单板调试过程中发现一个网络的电源噪声达到80mv,已经超过器件要求,为了保证器件能够稳定工作必须降低该电源噪声。[align=center] [img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145409_85669.png[/img][/align]在调试该故障前先回顾下电源噪声抑制的原理。如下图所示,电源分配网络中不同的频段由不同的元件来抑制噪声,去耦元件包含电源调整模块(VRM)、去耦电容、PCB电源地平面对、器件封装和芯片。VRM包含电源芯片及外围的输出电容,大约作用于DC到低频段(100K左右),其等效模型是一个电阻和一个电感组成的二元件模型。去耦电容最好使用多个数量级容值的电容配合使用,充分覆盖中频段(数10K到100M左右)。由于布线电感和封装电感的存在,即时大量堆砌去耦电容也难以在更高频起到作用。PCB电源地平面对形成了一个平板电容,也具有去耦作用,大约作用在数十兆。芯片封装和芯片负责高频段(100M以上),目前的高端器件一般会在封装上增加去耦电容,此时PCB上的去耦范围可以降低到数十兆甚至几兆。因此,在电流负载不变的情况下,我们只要判断出电压噪声出现在哪个频段,那么针对这个频段所对应的去耦元件进行优化即可。在两个去耦元件的相邻频段时两个去耦元件会配合作用,所以在分析去耦元件临界点时相邻频段的去耦元件也要同时纳入考虑。[align=center][img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145421_52774.png[/img][/align]根据传统电源调试经验,首先在该网络上增加了一些去耦电容,增加电源网络的阻抗余量,保证在中频段的电源网络阻抗都能满足该应用场景的需求。结果纹波仅降低几mV,改善微乎其微。产生这个结果有几个可能:1、噪声处在低频,并不在这些去耦电容起作用的范围内;2、增加电容影响了电源调节器VRM的环路特征,电容带来的阻抗降低与VRM的恶化抵消了。带着这个疑问,我们考虑使用示波器的频域分析功能来查看电源噪声的频谱特性,定位问题根源。示波器的频域分析功能是通过傅立叶变换实现的,傅立叶变换的实质是任何时域的序列都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。我们分析这些正弦波的频率、幅值和相位信息,就是将时域信号切换到频域的分析方法。数字示波器采样到的序列是离散序列,所以我们在分析中最常用的是快速傅立叶变换(FFT)。FFT算法是对离散傅立叶变换(DFT)算法优化而来,运算量减少了几个数量级,并且需要运算的点数越多,运算量节约越大。[b]示波器捕获的噪声波形进行FFT变换的关键点[/b]示波器捕获的噪声波形进行FFT变换,有几个关键点需要注意。1、根据耐奎斯特抽样定律,变换之后的频谱展宽(Span)对应与原始信号的采样率的1/2,如果原始信号的采样率为1GS/s,则FFT之后的频谱展宽最多是500MHz;2、变换之后的频率分辨率(RBW Resolution Bandwidth)对应于采样时间的倒数,如果采样时间为10mS,则对应的频率分辨率为100Hz;3、频谱泄漏,即信号频谱中各谱线之间相互干扰,能量较低的谱线容易被临近的高能量谱线的泄漏所淹没。避免频谱泄漏可以尽量采集速率与信号频率同步,延长采集信号时间及使用适当的窗函数。电源噪声测量时不要求较高的采样率,所以可以设置很长的时基,这也意味着采集的信号时间可以足够长,可以认为覆盖到了整个有效信号的时间跨度,此时不需要添加窗函数。调整以上设置可以得到比较准确的FFT变换曲线了,再通过zoom功能查看感兴趣的频点。如下图中电源噪声的主要能量集中在11.3KHz左右,并以该频率为基波频率谐振。据此可以推断本PDN网络在11.3KHz处的阻抗不能满足要求,电容在该频点的阻抗也比较高,起不到降低阻抗的作用,所以前面增加电容并不能减小电源噪声。一般来说,11.3KHz应该是VRM的管辖范围,此处出现较大噪声说明VRM电路设计不能满足要求。这里对VRM的性能进行分析,VRM分析的方法众多,此处主要采用仿真其反馈环路波特图的手段。波特图主要观察几个关键信息:1、穿越频率,增益曲线穿越0dB线的频率点;2、相位裕度,相位曲线在穿越频率处所对应的相位值;3、增益裕度,相位在-360°时所对应的增益值。这里我们主要关注穿越频率和相位裕度这两个指标。从VRM的环路波特图(如下图a)可以看到,VRM的穿越频率在8KHz左右,相位裕度37度。这里存在两个问题:首先VRM的相位裕度一般需要大于45度才能保证环路的稳定工作,这里相位裕度稍小一些,需要增加相位裕度;其次穿越频率太低,穿越频率附近VRM的调整作用逐渐降低,而此频点bulk电容还起不到作用,所以在8KHz附近会存在较高的阻抗,这个频点的噪声抑制作用较差。下图(b)是优化VRM环路之后的波特图,调整相位裕度到50度,穿越频率推到46KHz左右。[align=center][img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145434_88284.png[/img][/align]对优化后的VRM验证纹波,可以看到纹波明显降低到33mv,能够满足器件要求。[align=center][img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145443_15140.png[/img][/align]上述案例是使用示波器FFT功能快速定位电源问题的过程,从这个例子可以看到示波器的频域分析功能在电路调试时可以发挥很大作用。示波器的FFT功能配合长存储深度可以很方便地分析低频率长周期信号,这个优势在数字电路调试中比较突出。

  • 新疆理化所潘世烈团队利用高分辨率太赫兹光谱方法为氟化学晶体结构研究提供新途径

    氟在化学世界中具有重要地位。氟在所有原子中电负性最高、极化率最低。同时,氟是所有非惰性气体和非氢元素中半径最小的元素。通常,氟的引入使得有机化合物和无机化合物产生独特的物理性能、化学性能和生物性能。地壳中氟元素的丰度排在第13位,是自然界中含量最丰富的卤素。当前,氟已应用于制药、催化、生物、农业和材料等领域。在无机氧化物体系中,氟和氧的离子半径相似,具有较好的可替代性。因此,利用氟替代氧/羟基成为增强氧化物/羟基氧化物物化性质的有效途径之一。尽管氟化策略已在无机氧化物/羟基氧化物结构和性能改性中受到重视,但反应产物的结构分析仍是化学表征的难题。由于氟和氧对X射线和电子束的散射能力相近,致使准确区分和鉴别这两类元素变得困难。更复杂的是,X射线和电子束几乎不和氢原子相互作用,故X射线和电子束方法难以区分氟和羟基。因此,氟化产物中氟和氧/羟基的准确区分是确定取代位点、研究氟化反应规律以及明晰反应路径等课题的研究基础。[color=#ff0000]近日,中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队与内蒙古医科大学教授额尔[/color][color=#ff0000]敦[/color][color=#ff0000]、台湾大学教授Hayashi [/color][color=#ff0000]Michitoshi[/color][color=#ff0000]、日本静冈大学教授Tetsuo Sasaki、日本神户大学教授Keisuke Tominaga,以水溶液中硼酸的氟化反应为研究对象,发展了基于高分辨率太赫兹光谱的结构解析方法。[/color]在本研究中,我们展示了太赫兹(THz)光谱为应对这一挑战提供的强大工具。该团队利用这一方法测定了反应产物中功能基元上氟和羟基的位点。结果表明,该反应体系中氟原子只出现在BO[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]F[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]阴离子功能基元上。在结构测定的基础上,该研究推导了水溶液中硼酸的氟化机理,提出了两步氟化历程。第一步是氟离子和硼酸分子B(OH)[font=等线][sub][size=13px]3[/size][/sub][/font]形成配位共价键,促使硼的电子轨道经历从sp[font=等线][sup][size=13px]2[/size][/sup][/font]到sp[font=等线][sup][size=13px]3[/size][/sup][/font]的转变,形成B(OH)[font=等线][sub][size=13px]3[/size][/sub][/font]F中间体。第二步是氟化剂产生的酸性环境使该中间体上的一个OH质子化,形成OH[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font][font=等线][sup][size=13px]+[/size][/sup][/font]优势离去基团。进而,氟离子通过亲核取代路径取代OH[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font][font=等线][sup][size=13px]+[/size][/sup][/font]基团,完成第二步氟化。基于高分辨率太赫兹光谱的结构分析方法,适应于含氟/氧、铍/硼、碳/氮等X射线难以识别元素对的结构体系以及用于研究其他羟基氧化物/氧化物氟化反应机理。[align=center][img=,500,256]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/9cc47a87-9e7a-44a3-a144-71e69f2e9a0d.jpg[/img][/align][align=center]水溶液中硼酸的氟化路径示意图[/align]该方法为无机氟化学晶体结构基元精确解析和反应理论研究提供了新途径,而这一过程以前由于结构不明确而受到阻碍。在太赫兹光谱学的启发下,这项工作标志着我们在深入了解氧化物/氢氧化物氟化过程中的精确结构和反应机制方面又向前迈进了一步。。相关研究成果发表在《德国应用化学》上。新疆理化所为第一完成单位。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院和新疆维吾尔自治区等的支持。[align=center][img=,500,205]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/6715a417-4887-42ca-a47c-044234041f99.jpg[/img][/align][来源:仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]

  • 请教电子捕获检测器输出信号使用赫兹为单位

    初学者的请教:从电子捕获检测器的工作原理得知,其输出是倒峰的电流信号,可JJF700—2016《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]》之第三章 计量性能要求中,表1 电子捕获检测器有注——仪器输出信号使用赫兹(Hz)为单位时,基线噪声=5Hz,基线漂移(30min)=20Hz。 为什么电子捕获检测器输出信号可以相当是频率输出,原理是什么?恳请赐教!

  • 5.28《太赫兹波谱与成像技术在脑胶质瘤原位识别中的研究》王与烨(天津大学)

    [font=Calibri][font=宋体]仪器信息网于[/font]5[/font][font=Calibri][size=10.5pt][font=宋体]月[/font]26-29[font=宋体]日组织召开[/font][b] [size=18px][b]第九届光谱网络会议[/b][/size][/b][/size][/font][font=Calibri][size=10.5pt][font=宋体],特邀嘉宾[url=https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/News/expert?id=6560]王与烨(天津大学)[/url][/font][font=宋体],带来报告《[b][url=https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/News/expert?id=6497]太赫兹波谱与成像技术在脑胶质瘤原位识别中的研究[/url]》[/b];[/font][/size][/font][font=宋体]欢迎感兴趣的你,报名参会![/font][b][font='Times New Roman'][color=#0563c1][url=https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/SCIEX522/]https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCS2020/[/url][/color][/font][/b]

  • 频谱仪和示波器的区别

    频谱仪和示波器的区别

    分不清示波器和频谱仪的区别的人常闹笑话,为避免尴尬,本文简单总结以下四点——用实时带宽、动态范围、灵敏度、功率测量准确度,比较示波器和频谱仪的分析性能指标,来区分两者。[b] 1 实时带宽[/b] 对于示波器来说,带宽通常是其测量频率范围。而频谱仪则有中频带宽、分辨带宽等带宽定义。这里,我们以能对信号进行实时分析的实时带宽作为讨论对象。 对于频谱仪来说,末级模拟中频的带宽通常可以作为其信号分析的实时带宽,大多数的频谱分析的实时带宽只有几兆赫兹,通常较宽的实时带宽通常为几十兆赫兹,当然目前带宽最宽的FSW频谱仪可以达到500兆赫兹。而示波器的实时带宽为其实时取样的有效模拟带宽,一般为数百兆赫兹,高的可达数千兆赫兹。 这里需要指出的是,大多数的示波器在垂直刻度设置不同时,其实时带宽可能并不一致,在垂直刻度设置到最灵敏时,其实时带宽通常会下降。 从实时带宽来说,示波器普遍优于频谱仪,这对于某些超宽带信号分析尤其有好处,特别是在调制分析上有着无可比拟的优势。[b] 2 动态范围[/b] 动态范围指标因其定义不同而有所不同,很多情况下,动态范围被描述为仪器测量最大信号和最小信号的电平差值。当改变测量设置时,仪器测量大信号和小信号的能力是不一样的,例如频谱分析仪在衰减设置不一样的情况下,其测量大信号所带来的失真是不一样的。在这里,我们讨论仪器能够同时测量大小信号的能力,即在不改变任何测量设置的情况下,示波器和频谱仪在合适设置情况下的最佳动态范围。 对于频谱仪来说,在不考虑相位噪声等近端噪声和杂散情况下,平均噪声电平、二阶失真、三阶失真是制约动态范围的最主要因素,以主流频谱仪的技术指标计算,其理想动态范围约为90dB(受二阶失真限制)。大多数的示波器由于受其AD有效取样位数和噪声底的限制,传统示波器的理想动态范围通常不超过50dB。(对于R&S RTO示波器,在100KHz RBW时,其动态范围可高达86dB) 从动态范围来看,频谱仪要优于示波器。但这里要指出的是,这对于常在信号的频谱分析来说确实如此,然而示波器的频谱是同一帧数据,频谱仪的频谱大多数情况下都不是同一帧数据,因而对于瞬变信号来说,频谱仪可能无法测量到。而示波器发现瞬变信号(信号满足动态范围的情况下)的概率要大得多。[b] 3 灵敏度[/b] 这里讨论的灵敏度,是指示波器和频谱仪所能测试到最小信号的水平。这个指标与仪器设置紧密相关。 对于示波器而言,示波器在Y轴设置至最灵敏档时,通常为1mV/div时示波器所能测试到最小信号,抛开端口不匹配等因素来看,示波器的信号通道产生的噪声以及轨迹不稳定带来的噪声是制约示波器灵敏度的最重要因素。 从图一中我们可以看出,因为采样点数的增加,频谱噪声底可以下降到比较理想的程度。然而,当在时域已经无法清晰准确的再现信号时,在频域就产生了非常多的杂波,这就限制了我们观测小信号的能力。[align=center][img=,501,263]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712081536_01_3345709_3.jpg!w501x263.jpg[/img][/align][align=center]图1 受噪声影响的的灵敏度限制[/align] 大多数示波器与图一所示一样,能够稳定测量0.2mV的信号,对应到频域,这相当于-60dBm的水平。事实上,示波器能否准确的测量小信号,不仅与垂直系统的灵敏度有关,还与X轴的抖动、触发灵敏度等性能有关。 笔者为了对比文中所分析的技术指标,特地到R&S公司成都的开放实验室(感谢成都分部提供的帮助)进行了指标对比,让人惊讶的是,RTO示波器在灵敏度指标上非常优秀,如下图所示:[align=center][img=,498,336]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712081537_01_3345709_3.jpg!w498x336.jpg[/img][/align][align=center]图2 RTO示波器的全频段频谱图[/align] 从图二可以看出,RTO能够准确测量-60dBm的信号,其噪声底在-80dBm左右。而最让人感到高兴的是,在整个频段(DC-4GHz),没有发现能够影响灵敏度的大的杂波,从而大幅提高了测量灵敏度。 在没有杂波的情况下,通过增加取样点数可以得到更低的噪声。例如图3所示,将Span和RBW设置得更小的情况下,RTO示波器的底噪声可以降低至-100dBm以下。[align=center][img=,502,337]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712081536_02_3345709_3.jpg!w502x337.jpg[/img][/align][align=center]图3 RTO示波器的窄带频谱图[/align] 从这点来说,RTO绝对能够让测量人员改变“示波器是频域分析鸡肋”的感受。 对于频谱仪来说,同样抛开端口不匹配等因素来讨论,频谱仪的在增益最大、衰减器设置最小情况下,平均噪声电平可以看作频谱仪测量小信号的极限。在不涉及前置放大器的情况下,大多数性能良好的频谱仪可以达到-150dBm。[b] 4 功率测量准确度[/b] 对于频域分析来说,功率测量准确度是非常重要的技术指标。无论是示波器还是频谱仪,对功率测量准确度的影响量都是非常多的,下面分别列出其主要的影响量: 对于示波器来说,功率测量准确度的影响量有:端口不匹配引起的反射、垂直系统误差、频率响应、AD量化误差、校准信号误差等。 对于频谱仪来说,功率测量准确度的影响量有:端口不匹配引起的反射、参考电平误差、衰减器误差、带宽转换误差、频率响应、校准信号误差等。 此处我们不对影响量进行逐一分析比较,我们通过对1GHz频率信号的进行功率测量来对比,通过RTO示波器和FSW频谱仪的测量对比可以看出,在1GHz处,示波器与频谱仪的功率测量值仅相差0.2dB左右,这是非常好的测量准确度指标。因为频谱仪在1GHz处的测量准确度是非常好的。 另外,在频率范围内,示波器的频率响应指标也是很好的,4GHz范围内不超过0.5dB,从这点来说,示波器甚至优于频谱仪的性能。 总的来说,示波器与频谱仪在频域分析性能上各有所长,频谱仪在灵敏度等技术指标上更胜一筹,示波器在实时带宽上较频谱仪更为出色。在测量不同类型的信号时,可根据测试需求和仪器的不同技术特点进行选择。

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