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2位相型ロックインアンプ


  • 2位相分解による振幅、位相、相対比率 (R)の演算算出
  • X, Yオフセットコントロール
  • 3μV~1V内までの広ゲイン設定
  • 差動入力、或いは片線接地入力に対応
  • 時定数設定 100μs~30s (全11段階)
  • 位相を90°ステップ、或いは微調制御可能

 雑音に埋もれた交流信号の振幅 (RMS)を計測するために用いるロックインアンプは、オプティカルチョッパーを用いた光計測用途に効果的な測定器です。オプティカルチョッパーを通して試料に入射したパルス光は、試料の光吸収によって振幅の状態が変わります。この微弱な被検信号をロックインアンプで検出し、かつ同チョッパーから別経路で入力された参照信号との比較により、試料の吸光特性を計測することができます。またオプティカルチョッパーを用いた測定方法以外にも、ロックインアンプは様々な測定用途に利用できます。ロックインアンプは、交流電圧計の一種と見なすことができますが、耐雑音性に優れ、微弱な交流信号の振幅や位相、或いは小さな位相変化を高感度で測定検出できる特長があります。ロックインアンプの性能を端的に表すダイナミックリザーブ (被検信号電流に対するノイズ信号電流の比)のスペックは、60dBです。これは、被検信号電流の1000倍の大きさのノイズ電流が含まれていても、本機で計測可能であることを表しています。但し上述の通り、測定の際は、比較参照用の信号 (参照信号)が必ず必要となります。

 本ロックインアンプ (アナログ方式)は、2位相型を採用しています (但し1位相型としても使用可能)。一般的なロックインアンプ (1位相型)の場合、交流信号の振幅 (RMS)を求めるためには、被検信号と参照信号間の位相を合わせる作業が必要となります。これに対し2位相型の場合は、被検信号をXとYの2つの直交するベクトルに分解計測し、演算処理によって振幅と位相の両方を求めることができます (1位相型では位相を測定することはできません)。そのため、1位相型の際に必要となる位相調整作業が不要となります。XとY成分に分解された信号は、ロックインアンプの検波・増幅回路に入る前の段階で、抵抗器とコンデンサ各1個で構成された1次フィルター2段を通り、測定誤差の要因となる高調波成分が事前に除去されます。

 本製品の入力形式は、信号源の出力形式に合わせて、差動 (ディファレンシャル)入力と片線接地 (シングルエンド)入力の両方に対応します。片線接地入力は、信号源が接地されていない場合に使用し、対する差動入力は差動出力の信号源に対して使用します。なお差動入力では高インピーダンス、或いは低インピーダンス (100Ω)入力に対応します。徹底したロックイン設計により、1Vから300μVまでのゲイン設定に対して雑音信号による飽和が生じないよう、±10VまでのDCオフセット入力ができます。また100μVから10μVまでの同設定に対しては±1V、更に3μVの同設定に対しては±300mVのDCオフセット入力が可能です。

 ロックインアンプ内の参照入力信号回路は、被検信号の周波数レンジ上でロックするために、TTLパルス波 (方形波)や正弦波の位相ロックループを働かせます。正弦波は、入力信号に含まれる奇数次高調波 (ロックインの際に誤差の要因となる)の影響を低減します。また移相回路 (フェイズシフタ)も搭載されているため、参照信号と被検信号の位相差の調節も可能です。参照信号と同じ周波数を持つ信号 (基本波)の測定だけでなく、同信号の2次高調波の測定も可能です。高調波の測定機能は、抵抗の2次微分等の測定の際に便利です。

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