Vorteile von MerlinTM
Dank überragender Leistung und Benutzerfreundlichkeit ist Merlin™ bestens für anspruchsvolle Anwendungen geeignet. Vorteile des Systems:
- Lock-in-Detektion verbessert das Signal zu Rausch Verhältnis und isoliert gegen Umgebungsstrahlung
- Verwendbar von 180 nm bis 40 mm, mit austauschbaren Detektoren
- Kalibrierte Messungen
- Korrektur des Messkanals mittels Referenzeingang zur Kompensation driftender Lichtquellen
- Die Zweikanaloption ermöglicht Messungen über einen breiten Spektralbereich ohne Detektorwechsel
- Smart RangingTM wählt stufenlos die optimale Verstärkung
- Messanzeige in W, W cm-2, dBm oder V
Bestandteile des digitalen Lock-in Systems MerlinTM
Ein typisches Merlin™ System besteht aus drei Komponenten:
- MerlinTM Steuereinheit
- Detektor(en) mit Vorverstärker
- Optischer Chopper
Diese drei Komponenten arbeiten als System zusammen. An die Steuereinheit angeschlossene Detektoren werden von Merlin™ erkannt. Bei kalibrierten Detektoren werden Kalibrierungsinformationen direkt ausgelesen.
Merlin™ Steuereinheit
Merlin™ ist ein digitales Lock-in-System. Ein leistungsstarker Computer (DSP: Digital Signal Processor) demoduliert und filtert das Signal. Dies ermöglicht mehr Flexibilität und höhere Zuverlässigkeit als sie analoge Lock-in-Systeme bieten. Nach Bedarf kann der Ein- oder Zweiphasenbetrieb und die einfache oder doppelte Zeitkonstante (Selektion bei Zweipolfilterung) gewählt werden. Die eindrucksvolle Rechenleistung ermöglicht unmittelbare Quotientenbildung und Signalkonvertierung als Grundlage für Smart Ranging™.
Die Merlin™ Steuereinheit ist das Kernstück eines radiometrischen Merlin™-Systems. Die Steuereinheit betreibt den Chopper und funktioniert als Lock-in-Verstärker indem das eigentliche Signal erfasst und unmodulierte Untergrundstrahlung ignoriert wird. Der Signalwert wird mittels zuvor geladenen Kalibrierdaten berechnet und in gewählter Einheit angezeigt. Es werden Ein-und Zweikanalmodelle angeboten. Die Zweikanalmodelle besitzen Anschlüsse für zwei Detektoren, von denen einer betrieben wird.
Optischer Chopper
Der Chopper moduliert die zu messenden Strahlung. Es gibt eine offene und zwei geschlossene Varianten mit einer Auswahl an Modulatorrädern. Eine separate Steuerung und Stromversorgung des Choppers ist nicht erforderlich, sie ist in der Merlin™ Steuereinheit integriert. Wenn das Signal durch ein anderweitig moduliert wird, ist der Sync-Eingang zu verwenden. Die Auswahl des Modulationsrads (nicht im Lieferumfang des Chopper-Antriebs enthalten) hängt von der gewünschten Chopperfrequenz ab.
Der offene Chopper 75154 kostengünstigster, wenn kein geschlossener Strahlengang benötigt wird. Die Chopper-Antriebe 75151 und 75152 sind geschlossen. Das Modell 75151 eigent sich für die Flanschmontage des Choppers an andere Instrumente von Oriel. Modell 75152 ist für Stiftmontage, oder Befestigung auf einem optischen Tisch, vorgesehen.
Wahl der Chopperfrequenz
Häufig reicht es den optischen Strahl mit einer beliebigen Chopperfrequenz zu zerhacken (vorausgesetzt sie liegt unterhalb der 1100-Hz-Grenze von Merlin™ DSP). Es gibt jedoch Faktoren, die bestimmte Chopperfrequenzen zur Optimierung des Systems nahe legen. Üblicherweise wird das Rauschen der Stromversorgung eliminiert, indem die Chopperfrequenz als ungeradzahliges Vielfachen der halben Netzfrequenz in der betreffenden geographischen Region gewählt wird. So wird bei 50 Hz Netzfrequenz beispielsweise 75 Hz verwendet. Schnellveränderliche Signale erfordern höhere Chopperfrequenzen.
Desweiteren ist die Chopperfrequenz auf den jeweiligen Detektor anzupassen. Pyroelektrische und PbS-Detektoren bevorzugen niedrigen Frequenzen, meist unter 200 Hz. Das Ansprechverhalten von PbSe-Detektoren ist hingegen bei höheren Chopperfrequenzen besser. Die optimale Chopperfrequenz für ein betriebsbereites System bestimmt man folgendermaßen. Neben Beachtung der Netzfrequenz ist folgende Vorgehensweise für schnelle Datenerfassung sinnvoll: Man wähle die höchste Chopperfrequenz und die niedrigste entsprechende Zeitkonstante, die einen angemessenes Signal zu Rausch Verhältnis gewährleistet.
Strahlgröße und Kalibrierung
Merlin™ berechnet den Inhalt an Grundschwingungen im zerhackten Signal und daraus ergibt sich der Effektivwert. Die Beziehung zwischen Effektiv- und Spitze-zu-Spitze-Wert des Signals variiert abhängig vom Verhältnis der Strahlgröße zur Apertur des Modulationsrades. Bei einem sehr kleinen Strahl, z.B. einem HeNe-Laserstrahl, der durch ein Rad mit Apertur 5 hindurchtritt, ist das Signal fast rechteckig und als Verhältnis der gemessenen Effektivspannung zur Spitze-zu-Spitze-Spannung beträgt 0,4502. Wenn das eingeschlossene Modulationsrad mit einem völlig homogenen Strahl beleuchtet wird, ergibt sich ein Dreiecksignal und der Effektivwert ist das 0,3113-Fache des Spitze-zu-Spitze-Werts. Andere Beleuchtungsbedingungen führen zu dazwischenliegenden Werten. Die mitgelieferten Daten bei kalibrierten Merlin™ Detektoren basieren auf dem Aufbau mit Rechtecksignal und kleinem Strahl. Bei anderen Messbedingungen muss der Kalibrierfaktor modifiziert werden.
Detektor
Folgende Merlin™-Detektoren sind erhältlich
Tabelle 1 Detektoren für Merlin™
|
Detektortyp |
Nutzbarer Wellenlängenbereich |
| Photomultiplier |
160 bis 1100 nm |
| Silizium |
185 bis 1100 nm |
| InGaAs |
800 bis 1700 nm |
| Ge |
700 bis 1800 nm |
| PbS |
0,7 bis 3 mm |
| PbSe |
1 bis 5 mm |
| Pyroelektrisch |
200 nm bis 40 mm |
| HgCdZnTe |
2 bis 6 mm |
Smart RangingTM
Das zu Merlin™ gehörige Smart Ranging™ vereinfacht Messungen. Der Verstärkungsfaktor wird automatisch und stufenlos bestimmt. Die breitbandige, mehrstufige, rauscharme Verstärkerkette von Merlin™ wird auf jeder Stufe während jedes Zyklus mehrmals sequentiell abgetastet und die höchste, sättigungsfreie Spannung wird für die Analog-Digital-Wandlung, A/D, verwendet. Damit ist für jede Messung die Ausnutzung der vollen Bandbreite des A/D-Systems sichergestellt. Der 40-Bit-Akkumulator und Register des DSP-Boards entsprechen einem effektiven theoretischen dynamischen Bereich von 1012, der sich durch Rauschen auf 107 reduziert.
Zweiter Kanal mit voller Leistungsfähigkeit
Mit einer Merlin™ Zweikanal-Steuereinheit wird die Automatisierung deutlich vereinfacht. Der zweite Kanal ermöglicht die automatische Umschaltung auf einen anderen Detektor, um einen breiteren Wellenlängenbereich abzudecken. Für den zweiten Kanal stehen alle Möglichkeiten zur Verfügung, über die der erste Kanal verfügt. Ein Zweikanal-Merlin™ und ein Cornerstone™ 260 1/4 m Monochromator ergänzen sich, da der Cornerstone™ zwei Austrittsöffnungen besitzt. Die optionale Software TRACQ™ steuert beide Instrumente, erfasst, verarbeitet und zeigt die Daten an.
Interne Software verrichtet die Arbeit
Die Elektronik von Merlin™ ermöglicht die vollständige Regelung der Systemparameter. Die interne Software von Merlin™ ermöglicht das Einstecken des Detektors und die Durchführung elementarer Messungen mit minimalem Aufbau. Diese Kombination von Benutzerfreundlichkeit und Vielseitigkeit ist der Benutzerschnittstelle zu verdanken. Merlin™ lässt sich über ein Menü steuern, auf das über die Frontplatte des Instruments zugegriffen wird. Sämtliche Optionen sind über vier Funktionstasten und ein Keypad zu kontrollieren. Das LCD zeigt die Daten in W, W cm-2, dBm oder V an. Zur Ermittelung des Spitzenwerts lässt sich die analoge Balkenskala der Anzeige oder die Oszilloskopanzeige mit schneller Aktualisierung verwenden.
RS-232 oder IEEE-488 (GPIB) Kommunikation
Mit Merlin™ ist das Erfassen von Daten einfach. Durch die Wahlmöglichkeit zwischen RS-232 oder IEEE-488 (GPIB) Schnittstelle werden viele Möglichkeiten abgedeckt, Merlin™ an ein computergesteuertes System anzuschließen. Jede Schnittstelle ermöglicht das Laden von Systemparametern, die Kalibrierung des Signals oder das Herunterladen der erfassten Daten. Wird ein Oriel Cornerstone™ oder MS257™ Monochromator verwendet, lässt sich das gesamte System über die Datenerfassungs- und Radiometrie-Software von Newport TRACQ™ steuern.
