【虹科案例】用于超高磁場的虹科 digitizerNETBOX——高采樣率和完全同步采樣

- 應(yīng)用背景 -

國際 MegaGauss 科學(xué)實驗室是東京大學(xué)固態(tài)物理研究所 (ISSP) 的一部分。實驗室的目的是研究固態(tài)材料（如半導(dǎo)體、磁性材料、金屬、絕緣體、超導(dǎo)材料）在超高磁場下的物理特性，這些領(lǐng)域還包括研究新材料并控制其階段和功能。實驗室脈沖磁鐵目前可以通過非破壞性方法產(chǎn)生高達 87 特斯拉 (T)，并通過破壞性方法產(chǎn)生100 T 到 760 T（目前室內(nèi)產(chǎn)生的最強磁場的世界紀錄）。

應(yīng)用需求

THE REQUIREMENT

作為優(yōu)化實驗室 MegaGauss 機器產(chǎn)生磁場的主要推動力的一部分，同步觸發(fā)大型電容器組的觸發(fā)事件非常重要（圖 1）。理想情況下，所有電容器都需要在 10 ns 內(nèi)觸發(fā)。因此，實驗室必須檢查每個電容器的觸發(fā)信號以確定它們的關(guān)鍵特性和時序關(guān)系。MegaGauss 機器還需要仔細控制，因為物理參數(shù)將其發(fā)射限制在每天只有幾發(fā)。

圖 1. 用于產(chǎn)生 MegaGauss 機器超高磁場的大型電容器組。

為了捕獲和分析觸發(fā)信號，ISSP 需要一個完全同步的 10 通道數(shù)字化儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供超過每秒 1 千兆樣本 (GS/s) 的單次采樣率。高采樣率允許揭示單個觸發(fā)脈沖的形狀和頻率內(nèi)容，而完全同步采樣確保通道間定時測量可以始終如一地以亞納秒精度進行。

更復(fù)雜的是 Megaguass 機器會產(chǎn)生危險的高磁場，這些磁場可能不安全并且很容易干擾測量儀器。需要非常小心地保護設(shè)備和操作員。測量系統(tǒng)需要放置在實驗室內(nèi)，而操作員則可以在安全的控制室中調(diào)整和監(jiān)控實驗。因此，數(shù)字化儀系統(tǒng)必須通過實驗室網(wǎng)絡(luò)進行遠程操作和控制。

解決方案

THE SOLUTION

虹科Spectrum 的解決方案是DN6.221-12 digitizerNETBOX 系統(tǒng)。該裝置滿足所有必要的技術(shù)要求，提供 12 個完全同步的通道，每個通道的采樣率為 1.25 GS/s。由于 digitizerNETBOX 設(shè)備是符合 LXI 標準的儀器，它們允許通過千兆以太網(wǎng)連接進行完全遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。這些裝置還配備了SBench 6-Pro軟件允許用戶快速設(shè)置系統(tǒng)并開始進行測量。SBench 6-Pro 具有易于使用的圖形用戶界面，允許多通道波形顯示、數(shù)據(jù)分析和文檔記錄。采集和分析的信號可以多種格式存儲并導(dǎo)出到其他設(shè)備或其他軟件程序，例如 MATLAB、ASCII、二進制和波形（圖 4）。digitizerNETBOX 系統(tǒng)與其他數(shù)字化儀相比具有顯著優(yōu)勢，因為它們?yōu)槎嗤ǖ啦杉峁┝私昏€匙解決方案。用戶可以選擇所需的數(shù)字化儀通道數(shù)量以及采樣率、分辨率和板載采集內(nèi)存等基本規(guī)格。

圖 4. 顯示 10 個獨立觸發(fā)信號（用于觸發(fā)電容器）但由 DN6-221-12 digitzerNETBOX 同步捕獲的采集。信號特性很容易識別，并且可以進行關(guān)鍵的時序測量。數(shù)據(jù)也被導(dǎo)出以供進一步分析和記錄。

用新線圈試運行

TEST RUN WITH NEW COILS

右圖顯示了一種新型線圈的試運行。在 77 us 處，新線圈實際上會爆炸。B_waves 1-3（從 30 us）標記上的低電平信號實際上是線圈有問題的警告！

圖 4：用新線圈試運行

結(jié)論

CONCLUSION

虹科Spectrum digitizerNETBOX 提供了一個易于使用的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，非常符合 ISSP 的要求。該系統(tǒng)被快速安裝并集成到 MegaGauss 機器中，以便可以更精確和詳細地進行觸發(fā)定時測量和分析。該實驗室現(xiàn)在能夠進一步優(yōu)化 Megagauss 機器的性能，期望它們能夠在晚些時候產(chǎn)生世界上有史以來最高的室內(nèi)磁場。