LabOne Highlights

When searching for a feature like an unknown resonance point in the frequency response of a sample, one often sweeps the measurement frequency within a large range to capture the resonance. However, this comes with a rather low frequency resolution hiding the characteristics of the resonance profile. With the X-Cursors feature of the LabOne Sweeper tool available from release 23.10 on, the user is able to focus on a specific measurement point with a higher resolution while keeping the large-span measurement in the background as displayed in the GIF.

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.

ARM-based processors are becoming more powerful and thus more important to consider among available computers. From release 21.08 onwards, LabOne supports 64-bit ARM processors (characterized by the AArch64 or ARM64 architecture). This means that users can control Zurich Instruments' hardware using ARM-based computers such as a Raspberry Pi with a 64-bit Linux distribution. In addition to the Data Server and the Web Server, LabOne 21.08 provides APIs for C and Python to support the ARM64 architecture. Further, with release 21.08 LabOne supports macOS through a universal binary that is build to be natively compatible with Apple Silicon M-series processors.

The image to the right shows how a Raspberry Pi computer runs the LabOne software to control the MFLI Lock-in Amplifier and acquire measurement data: while the LabOne Web Server prepares the oscilloscope data for the graphical user interface (GUI), the Python API gets the signals measured by the instrument’s demodulator.

When measuring the frequency response of a sample, whether it is the transfer function of a resonator or the impedance of an electrical circuit, you are often interested in acquiring Bode and Nyquist plots in parallel. The Bode plot (see top figure) shows the amplitude and phase of the sample response as a function of the applied frequency, whereas the Nyquist plot (see bottom figure) displays the imaginary part of the sample response versus its real part. Simultaneous acquisition of the two plots allows you to relate the critical points in one plot to the corresponding points in the other. With release 21.02, the XY plot in the Sweeper tool of LabOne enables you to draw Nyquist plots in parallel with Bode spectroscopy figures. The Nyquist plot can be configured freely, and its scales can be locked with the so-called 'track feature' to display the Nyquist plot in a true 1:1 ratio.

When you need to extract features from the raw data you acquire and to follow the temporal evolution of a measured signal, postprocessing of your data is often the adopted strategy – and yet that does not occur in real-time, making it difficult to tune the experimental setup online while looking at the outcome. The Trends feature included in the LabOne 20.07 release allows you to visualize signal features from the raw measurements through real-time signal processing. For example, the Trends plot (see bottom graph) tracks the delay and the peak of a recorded pulse in the Scope (see top graph): this reveals a linear sweep (orange curve) for the delay and a quadratic trend (green curve) for the peak value. The Scope, Plotter, Spectrum Analyzer, and DAQ tools all benefit from this integrated Trends feature.

The low-pass filter within the demodulator of a lock-in amplifier allows you to remove undesired frequency components from your signal. If the filter bandwidth is too wide, the frequency components leak out of the filter and determine a bowl-shaped histogram for the signal described by an arcsine distribution. For a properly adjusted filter, the histogram follows a bell-shaped normal distribution. With the Histogram Fit tool included in LabOne 20.07, it is possible to fit the measured histogram to both arcsine and Gaussian distributions (see figure). This means that you can monitor the leakage through the filter and adjust the filter bandwidth to ensure that the histogram follows a normal distribution. The fitting errors in the Math tab indicate how close your measurement is to an ideal scenario.

Es kommt häufig vor, dass ein verrauschtes Signal einen linearen Trend aufweist, und Sie sind daran interessiert, die Steigung und das Abfangen des Trends aus den Schwankungen zu extrahieren. Sie können z.B. die Intensität des auf eine Fotodiode auftreffenden Lichts erhöhen und den erzeugten Strom messen, um ihre Ansprechempfindlichkeit zu erhalten, die durch die Steigung des Stroms als Funktion der Leistung im Kleinsignalbereich gegeben ist. Ein weiteres Beispiel ist das einer in Ihrem Signal verborgenen Frequenzkomponente, wobei die Frequenz aus der Steigung der gemessenen Phase über der Zeit abgeleitet wird. In LabOne 20.01 sind die Registerkarten Sweeper und DAQ mit einem linearen Anpassungswerkzeug ausgestattet, das die Steigung, den Intercept und die Qualität der Linearität (gegeben durch das Bestimmtheitsmaß ^R2) wie links dargestellt berechnet.

Wussten Sie, dass das statistische Verhalten der Signalamplitude R durch eine Rice-Verteilung erfasst wird, wohingegen die Quadraturkomponenten X und Y einer Gaußschen (Normal-)Verteilung folgen, wenn die korrekte Messung durchgeführt wird? In LabOne 20.01 wird das gemessene Histogramm an das erwartete Modell angepasst, um das Ergebnis Ihrer Messung mit einem idealen Szenario zu vergleichen. Die in Echtzeit berechneten Parameter, insbesondere der Anpassungsfehler-Koeffizient, zeigen an, wie gut die Einstellungen des Instruments (wie z.B. die Filterzeitkonstante) angepasst sind. Das gemessene Histogramm kann auch, wie rechts dargestellt, gespeichert werden.

Im supraleitenden Quantencomputing wird der Zustand der gemessenen Qubits oft in der komplexen Ebene dargestellt: Die reale Achse zeigt die In-Phase-Komponente I, während die imaginäre Achse die Quadraturkomponente Q der Auslesesignale anzeigt. Wie links dargestellt, kann LabOne 20.01 komplexe Daten auf der I/Q-Ebene visualisieren und Rotations-, Translations- und Dilatationsoperationen an den gemessenen Punkten durchführen, um eine bessere Sichtbarkeit zu gewährleisten und komplexe Schwellwertbildung zu erleichtern.

Der LabOne Spectrum Analyzer ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Analyse von Messsignalen im Frequenzbereich und hilft bei der Messung von Seitenbändern, bei der Quantifizierung mehrerer Signalkomponenten oder bei der Charakterisierung verschiedener Rauschquellen. Sie können in Sub-Hertz-Funktionen zoomen, selbst bei Signalen im Bereich von Hunderten von MHz.

Dieses vielseitig einsetzbare Werkzeug verfügt insbesondere über eine Wasserfallanzeige oder ein Spektrogramm, was die Analyse von Spektren erleichtert, die sich im Laufe der Zeit entwickeln. Darüber hinaus ist es möglich, getriggerte Erfassungen mehrerer Spektren mit präziser Zeitsteuerung durchzuführen und die Ergebnisse als 2-dimensionale Farbdiagramme anzuzeigen. Die getriggerte Datenerfassung wird durch das LabOne Data Acquisition (DAQ)-Tool bereitgestellt, das ursprünglich aus einem früheren Modul namens Software-Trigger überarbeitet wurde.

Diese Eigenschaften sind von großer Bedeutung für die Messung transienter Phänomene wie des freien Induktionszerfalls (FID) in der NMR-Spektroskopie. Die getriggerte Erfassung ist besonders nützlich auf dem UHFLI mit installierter Option UHF-AWG Arbitrary Waveform Generator. Ein solches System kombiniert Pulserzeugung, synchronisierte Erfassung und leistungsstarke Software für die Analyse im Zeit- und Frequenzbereich und ist damit das perfekte Werkzeug für gepulste Messungen.

In Anwendungen wie MEMS, AFM, Gyroskopen, Sensoren usw. wird der Q-Faktor von Resonatoren benötigt, um ein geschlossenes Regelsystem wie eine PLL aufzubauen, die der Resonanzspur einer Stimmgabel folgt. Darüber hinaus bestimmt der Q-Faktor die Dämpfungseigenschaften von Oszillatoren wie Lasern und Taktgeneratoren. Daher ist es wichtig, den Resonator-Q-Faktor schnell und genau aus seinem gemessenen Frequenzgang zu extrahieren. Das Sweeper-Modul in LabOne bietet ein mathematisches Werkzeug zur Q-Faktor-Extraktion. Durch die Messung des Frequenzgangs eines Resonators ist es möglich, die Cursor um den Peak herum zu setzen und die Resonanzparameter in der Registerkarte Math hinzuzufügen. Wie in der Abbildung dargestellt, passt das Werkzeug die gemessene Kurve (durchgezogene Linie) an ein Lorentz'sches Modell (gestrichelte Linie) an und extrahiert die Resonatorparameter einschließlich Gütefaktor, Resonanzfrequenz, 3-dB- oder FWHM-Bandbreite für Amplitude und Phase unabhängig voneinander.

Ab der LabOne-Version 17.06 können Anwender, die mehrere Produkte von Zurich Instruments gleichzeitig betreiben, ihre Instrumente synchronisieren und über eine einzige Instanz von LabOne nutzen.

Anwendungen, die mehrere synchronisierte Signaleingangs- und Signalausgangskanäle benötigen, profitieren von der Multi-Device-Synchronisation (MDS), die eine Taktsynchronisation und Zeitstempelabgleich ermöglicht. MDS ermöglicht Ihnen auch die Orchestrierung der gesamten Instrumentenbaugruppe über eine einzige Benutzeroberfläche oder API-Sitzung.

Die Bildgebung ist eine der wichtigsten Anwendungen für unsere Kunden, die in der Rastersondenmikroskopie (SPM) und der nichtlinearen Bildgebung arbeiten (mit CARS-, SRS- und THz-Spektroskopie als prominente Beispiele).

Der Imaging-Modus wandelt jedes der Messsignale in Bilder um und liefert:

• Eine klare Definition einer "Zeile", basierend auf einem durch den Zeilenauslöser erkannten Startereignis und einer benutzerdefinierten Dauer.
• Das Resampling der aufgezeichneten Datenabtastwerte auf die erforderliche Anzahl von Pixeln mit einer geeigneten Interpolation und/oder Mittelwertbildung.
• Speichern der matrixartigen Daten in einer Gitterdatenstruktur, basierend auf der Anzahl der definierten Linien.

All dies ist im LabOne Data Acquisition Tool (DAQ) implementiert und steht sowohl in der Benutzeroberfläche als auch auf den APIs zur Verfügung. Mit der Fähigkeit, bis zu nachhaltige 800 kSa/s über mehrere Kanäle getriggert zu streamen (je nach Produktkategorie), ist die LabOne-Serverarchitektur stark in ihrer Datenerfassungsfähigkeit: Selbst Videoraten (512*512 Pixel/s) liegen weit unter der Übertragungsratengrenze.

Datei-Manager

Voreinstellungen