วิธีใช้ PyMeasure เพื่อควบคุมเครื่องมือวัดและทดลองในห้องแล็บโดยอัตโนมัติ

ในห้องทดลองยุคใหม่ ความแม่นยำ ความเร็ว และการทำงานอัตโนมัติเป็นสิ่งสำคัญ ไม่ว่าจะเป็นการทำ I‑V sweep การวัดอุณหภูมิ หรือการทดสอบออปติก PyMeasure คือไลบรารี Python แบบโอเพ่นซอร์สที่ช่วยให้คุณควบคุมเครื่องมือวิทยาศาสตร์ได้ด้วยโค้ดที่เข้าใจง่าย

บทความนี้จะพาคุณเริ่มต้นใช้งาน PyMeasure ตั้งแต่ติดตั้งจนถึงรันการทดลองจริง

🧪 PyMeasure คืออะไร?

PyMeasure เป็นไลบรารี Python ที่ช่วยให้คุณควบคุมอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อย่างง่ายดาย รองรับการเชื่อมต่อผ่าน USB, GPIB, Serial และมีฟีเจอร์เด่น เช่น:

สร้างขั้นตอนทดลองแบบอัตโนมัติ
บันทึกผลการวัดและกราฟแบบเรียลไทม์
มี GUI สำหรับควบคุมการทดลอง
รองรับอุปกรณ์จากหลากหลายแบรนด์ เช่น Keithley, Tektronix, Keysight

⚙️ ขั้นตอนที่ 1: การติดตั้ง

คุณสามารถติดตั้ง PyMeasure ด้วยคำสั่งต่อไปนี้:

# ติดตั้งผ่าน conda (แนะนำ)
conda install -c conda-forge pymeasure

# หรือใช้ pip
pip install pymeasure

หากใช้อุปกรณ์ผ่าน USB หรือ GPIB ควรติดตั้ง NI-VISA หรือใช้ pyvisa-py แทน

🔌 ขั้นตอนที่ 2: เชื่อมต่อกับอุปกรณ์

ตัวอย่างต่อไปนี้คือการเชื่อมต่อกับ Keithley 2400:

from pymeasure.instruments.keithley import Keithley2400

smu = Keithley2400("GPIB::24")  # หรือ USB::... แล้วแต่พอร์ต
smu.apply_current(0.001, compliance_voltage=10)
print(f"Measured voltage: {smu.voltage} V")

คุณสามารถควบคุมอุปกรณ์เหมือนการเรียกใช้คลาสใน Python ปกติ

📈 ขั้นตอนที่ 3: สร้างสคริปต์วัดอัตโนมัติ

มาทำ I‑V sweep แบบง่าย:

import numpy as np

currents = np.linspace(-1e-3, 1e-3, 50)
voltages = []

for i in currents:
    smu.source_current = i
    voltages.append(smu.voltage)
    print(f"I: {i:.6f} A, V: {voltages[-1]:.6f} V")

ข้อมูลสามารถบันทึกลง CSV ได้ง่ายเพื่อใช้วิเคราะห์ต่อ

🧪 ขั้นตอนที่ 4: สร้าง `Procedure` สำหรับการทดลองเต็มรูปแบบ

from pymeasure.experiment import Procedure, IntegerParameter, FloatParameter

class IVSweepProcedure(Procedure):
    start = FloatParameter("กระแสเริ่มต้น", units="A", default=-1e-3)
    stop = FloatParameter("กระแสสิ้นสุด", units="A", default=1e-3)
    steps = IntegerParameter("จำนวนขั้น", default=50)

    def startup(self):
        self.instrument = Keithley2400("GPIB::24")

    def execute(self):
        for i in np.linspace(self.start, self.stop, self.steps):
            self.instrument.source_current = i
            voltage = self.instrument.voltage
            self.emit('results', {'current': i, 'voltage': voltage})

คุณสามารถเรียกใช้งานผ่าน CLI หรือ GUI ก็ได้

🖥️ ขั้นตอนที่ 5: เพิ่ม GUI (ถ้าต้องการ)

from pymeasure.display.windows import ManagedWindow

class IVApp(ManagedWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__(
            procedure_class=IVSweepProcedure,
            inputs=["start", "stop", "steps"],
            displays=["current", "voltage"],
            x_axis="current", y_axis="voltage"
        )
        self.setWindowTitle("การวัด I-V")

if __name__ == "__main__":
    app = IVApp()
    app.show()

🔌 อุปกรณ์ที่รองรับ

Keithley
Tektronix
Keysight
Thorlabs
และอื่น ๆ อีกมากมาย

คุณสามารถสร้างไดรเวอร์ใหม่ของตัวเองได้ด้วยการสืบทอดจากคลาส Instrument

🧰 ตัวอย่างการใช้งาน

ตรวจสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าของชิป
ทดสอบแผ่นพลังงานแสงอาทิตย์
ทดสอบความเสถียรของวงจร
การทดลองทางฟิสิกส์/เคมีที่ต้องการการควบคุมแบบละเอียด

✅ สรุป

PyMeasure ช่วยให้ห้องแล็บของคุณทำงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ควบคุมอุปกรณ์ได้ด้วยโค้ดที่อ่านง่าย และพร้อมสำหรับการสร้าง GUI หรือการวิเคราะห์ข้อมูลในระดับมืออาชีพ

📖 อ่านเอกสารทางการ