Kleine signalen meten (voor NMR experiment)

Aha, toch maar het aardmagnetisch veld. Dat is mooi homogeen (bij niet te beroerde opstelling), en goedkoop.

Op deze pagina wordt een EFNMR besproken die je zelf kunt bouwen. Deze is echter bedoeld om de sterkte van het veld te bepalen; er wordt dus vooral naar de frequentie gekeken. Niettemin, ook hier wordt er eerst ruisarm versterkt.

e: Dit document beschrijft het testen van het audioboard.
Blijkbaar zitten ze nog een 60dB boven wat jij wilt (ze testen met 10µV), dus dit gaat 'm niet worden.

(Check toch even die site; er staat veel leuks op.)

Bedankt FET voor de info.

Ben ik hier iets mee?:

http://www.keithley.com/data?asset=15912

Nee

Is een DC meter, en je hebt een stevig budget nodig.

Waarschijnlijk zul je het meer in de richting van een lock-in versterker moeten gaan zoeken.
http://www.signalrecovery.com/our-products/lock-in-amplifiers/index.as…

De ellende is natuurlijk ook dat je de bandbreedte niet te klein kunt nemen.
In de 100 Hz uit het bouwproject heb je, bij een impedantie van bijvoorbeeld 2 kOhm, alleen al theoretisch 60 nV thermische ruis. Een 10 nV signaal daaruit opvissen kan eigenlijk alleen over een tijd die veel langer is dan het gezochte signaal duurt. Je moet dan iets slims maken om over verscheidene pulsen te integreren.
Met laagohmiger spoelen heb je wel minder ruis, maar ook minder signaal.

Hoe komt het dat het signaal zo klein blijft?

Momenteel zoek ik op tuned LNA maar dan krijg je allemaal toepassingen in de RF band in niet bij lage frequenties.

Wat gebeurd er als ik een (tuned) opamp schakeling gebruik ?:
http://www.radio-electronics.com/info/circuits/opamp_band_pass_filter/…

[Bericht gewijzigd door Darkcrusher op maandag 18 augustus 2014 16:16:40 (22%)

Ik vermoed dat je rekenarij er een factor 10³ tot 10⁵ langs zit.

Kan me haast niet voorstellen dat de diverse zelfbouwprojectjes om het aardmagnetisch veld te meten volgens dit systeem het met tientallen nanovolten moeten doen.

Je hebt maar 1 keuze: een zeer sterke magneet. Zie ook onze privé mail uitwisseling.

In een sterk veld gaat de frequentie omhoog wat detectie met spoelen mogelijk maakt (laagohmig dus lage ruis). Je kunt een hoop pulsen doen en uitmiddelen. Bij 2 kHz gaat dat eeuwig duren.

Ik denk niet dat je 10nV kunt meten. Zo'n Keithley heeft al een 50nV noise, (die doet DC) en dat zijn toch zo'n beetje de experts op dit gebied. AC is (denk ik) moeilijker dan DC.

Er worden volgens mij geen scoops gemaakt die dat halen. Ik heb wat Tek plugins die in het uV bereik kunnen meten en dat waren dat destijds de toppers op dat gebied. Er is een appnote van LTC geschreven door Williams over het meten in het uV bereik mbv een scoop.

Op 18 augustus 2014 22:41:15 schreef joopv:
Ik vermoed dat je rekenarij er een factor 10³ tot 10⁵ langs zit.

Kan me haast niet voorstellen dat de diverse zelfbouwprojectjes om het aardmagnetisch veld te meten volgens dit systeem het met tientallen nanovolten moeten doen.

Het zou best kunnen; ik heb hier wat papers liggen over EFNMR en de sample size die ze gebruiken zit in de ordegrootte van een liter, of een blok plastic van vergelijkbare grootte. Als Darkcrusher zichzelf tot doel heeft gesteld om 1cm3 te meten ga je een factor 1000 omlaag..

10nV bij 2kHz is een moeilijke combinatie.
Misschien dat een gekoelde, accu gevoede, voorversterker bestaande uit een behoorlijk aantal parallel geschakelde trappen, voldoet.

Alex ik heb als doel gesteld om 1dm^3 (1 liter) te meten met een helmholtz coil...

Kan je mij de papers ivm EFNMR doormailen ?

[Bericht gewijzigd door Darkcrusher op dinsdag 19 augustus 2014 11:40:08 (22%)

Ik ben zelf een beetje gefascineerd geraakt door het onderwerp. Daarom ben ik ook begonnen aan het ontwerp van een Proton Precession Magnetometer. Gezien ik zelf in het vakgebied zit en al enkele magnetische spectroscopische opstelling heb gebouwd, heb ik ook enige kennis van zaken.

De voorversterker die ik nu ga bouwen is een JFET-differentiele versterker. Daarvoor vertrek ik van een paar 2SK170's, met ~1nV/sqrt(Hz) bij 2kHz. Als je signal dus 10nV zou zijn, mag de meet bandbreedte maximaal 100Hz bedragen bij dit type versterker. En dan is je SNR exact 1, niet echt bruikbaar dus.

Lock-in versterking lijkt me aanbevolen. Wat je best doet, is een soort EPR-spectroscoop bouwen. Kies eerst een vaste frequentie (100kHz bijvoorbeeld) en bouw een resonantiekring rond je sample voor deze frequentie. Meet het reflecteerde vermogen. Terwijl je dit doet drijf je je magneetveld op zodat je sample door de resonantie passeert. Wanneer dit gebeurt zal je reflecteerde vermogen dalen. (Als je nu nog een kleine modulatie op je magneetveld aanbrengt, kan je het lock-in principe toepassen op het gemeten vermogen.)

Mathias, klinkt interessant..kan je me een mailtje sturen ?
waarom niet met een ultra low noise audio opamp ? http://www.linear.com/product/LT1115

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 19 augustus 2014 20:11:43 (81%)

Zie ook: http://www.janascard.cz/PDF/Design%20of%20ultra%20low%20noise%20amplif…

Meet het reflecteerde vermogen. Terwijl je dit doet drijf je je magneetveld op zodat je sample door de resonantie passeert.

...zoals genoemd in het andere topic over dit onderwerp.

e: Even opgezocht: hier. Klassiek!

LT1115 0,9nV/√Hz bij 1kHz.
2SK170 0.95nV/√Hz

Maar 4 stuks 2SK170 parallel (zie pdf vorige post) 0,5nV/√Hz

Op 19 augustus 2014 15:19:59 schreef Frederick E. Terman:
[...]...zoals genoemd in het andere topic over dit onderwerp.

e: Even opgezocht: hier. Klassiek!

Inderdaad! Sorry, die post moet ik gemist hebben.

@Darkcrusher: Mijn e-mail staat in m'n profiel, momenteel heb ik nog niets werkend, maar als je wil hou ik je op de hoogte.

Waarom een 2SK170 i.p.v. een LT1115? Omdat ik graag dingen bouw met discrete componenten, geen enkele andere reden.

Volgens mij zie je alleen welke materialen in je sample zitten maar niet de hoeveelheid. De frequentie(s) worden gemaakt door de spin van de atomen. Alleen het volume (de envelope) ofwel signaalgrootte hangt af van de hoeveelheid. Verwacht ik. Lijkt me moeilijk dit nauwkeurig te doen.

Ja; bij een bepaalde veldsterkte zit bijv. de protonresonantie steeds op een bepaalde frequentie.
Maar sweepen kan wel helpen hem te vinden, vooral als je de veldsterkte niet heel nauwkeurig weet. Je kunt dan de piek in response (of juist de dip in absorptie) opzoeken.
De grootte zou dus vervolgens iets moeten zeggen over de hoeveelheid stof, maar hoe dat dan geïnterpreteerd moet worden lijkt me nog ingewikkeld.

In principe zou het volume onder een piek (singlet/doublet/triplet) gelijk moeten zijn aan de hoeveelheid spins, dus de hoeveelheid materiaal. Je moet natuurlijk wel rekening houden met de molecuulformule (dus voor CH3CH2OH -- de H van CH3 telt voor 0.5 ethanol.) Als je een piek van een bekende hoeveelheid materiaal kan meten zou je in business moeten zijn. Overigens is de nauwkeurigheid flink afhankelijk van hoe net je basislijn e.d. is; IIRC mocht je blij zijn met ~10%.

Mocht het nog vandoen zijn ...

In dit boek http://www.amazon.com/Signals-Subatomic-World-Precession-Magnetometer-… staat van a tot z uitgelegd, zowel mechanisch als elektronisch tot en met de programma listing van de AVR toe hoe een proton precessie meter te maken.

Met dit toestel kan je al de sterkte van het aardmagnetisch veld meten.

Zet dit ding op een bestuurbare niet metalische hexapod en de richting zou ook te bepalen moeten zijn.

Ivm het meten van kleine signalen gebruiken ze tweemaal een INA217 instrumentation amplifier na elkaar. (met dertussen een filter).

Mocht je geïntresseerd zijn neem ik wel wat foto's van het schema. (heb dit boek hier op de plank staan)