大型強子對撞機 機器保護系統

CERN（歐洲核子研究中心）的大型強子對撞機 (LHC) 的機器保護系統中使用了140 多張虹科數字化儀卡。這些板卡用于檢查粒子束是否已準確偏轉。這需要極高的精度，因為在 27 公里 LHC 加速器環中，兩束高能粒子束以接近光速的相反方向行進，并且讓它們在環周圍的四個位置碰撞持續幾個小時。這些粒子是非常小，以至于讓它們碰撞的需求類似于以精確的方式發射兩根相距 10 公里的針，并且要求它們在中途碰撞。

LBDS

LHC 光束傾卸系統

兩個光束的能量很高，在失去光束控制的情況下，LHC機器會遭受損壞。為了在緊急情況下或在碰撞運行結束時安全地處理光束，LHC電子束傾倒系統（LBDS）必須在一次旋轉內從LHC中提取全部光束，并將其運輸到位于700m外的吸收體內。

每次光束轉儲后，操作檢查系統將確保LBDS內的所有的因素都正確執行，并且光束需完整的提取出來。

一個關鍵的部分是檢查快速脈沖磁鐵是否準確地使粒子束從LHC環中偏轉到提取線。數據采集卡用于捕獲當前脈沖波形，以檢查它們是否具有正確的形狀并與光束完全同步。例如，LBDS引出磁鐵電流脈沖本身大約為20 kA，其上升時間小于3μs，同步誤差小于20ns。僅在LBDS中，對于每一個波束收集器，使用數據采集卡獲取將近500個模擬信號，并且使用數字I/O卡捕獲超過150個同步信號。

IPOC

內部操作后檢查

“我們已經開發了自己的波形采集和分析框架——IPOC（Internal Post Operation Check），”CERN加速器光束傳輸小組的軟件團隊負責人NicolasMagnin解釋道，“這是用C++編寫的，它包括一個基于Linux的硬件抽象層，使我們能夠與多種類型的數字化卡連接。我們使用虹科的數字化卡來用于所有CERN加速器的激磁磁鐵控制，它們在帶寬和動態范圍方面具有不同的要求。這類板卡使我們能夠覆蓋從10 MS/s到500 MS/s的帶寬范圍，以及根據不同應用實現從8到16位的分辨率。

虹科M4i.4451-x8

對于這些跳躍脈沖事件的測量，需要非常高的精度水平。例如，最苛刻的系統，脈沖與脈沖間的誤差延遲需要低于10納秒，以及在動態范圍為16的范圍內低于0.5%的幅度。為了實現這一點，采集的精度必須更大一個數量級，因此，具有2 ns的時間分辨率和大于10的有效位數（ENOB）的虹科M4i.4451-x8數據采集卡成為了最佳選擇。當激勵器電流信號動態不固定時，使用數字轉換器的各種輸入范圍來優化采集波形的信噪比。幾乎所有波形都保存在日志的數據庫中，用于以后的離線分析。此外，所有波形分析結果（例如，延遲、長度、上升時間、下降時間、平頂振幅等）被存儲在日志數據庫中，以提取隨時間變化的趨勢，以檢查系統穩定性、溫度依賴性等。

產品

集成

“我們選擇了虹科Spectrum的產品，因為它們以非常有競爭力的性價比，”Nicolas Magnin補充道。“它們很容易用用戶友好的軟件工具設置，并且驅動很容易在Linux操作環境下編譯和部署。文檔和編碼示例都非常清晰，易于使用。在過去的八年里，我們購買了許多虹科Spectrum采集卡，其中只有兩個出現問題，虹科的維修和返回非常快。同樣，他們的支持非常迅速，在發展階段我們的問題得到了答案。

“我們還使用虹科Spectrum任意波形發生器 (AWG) 卡來模擬沖擊電流波形，并使用虹科Spectrum數字碼型發生器卡來發送定時和控制信號，以幫助開發和驗證我們測試臺上的監視和保護系統。我們還可以在 Windows 上使用 LabVIEW 進行測試，因為虹科Spectrum硬件與該環境兼容。”

目前，在PCER/PCIE和最近的PXEI平臺上，在CERR系統上使用了超過140種虹科Spectrum的卡。

“CERN 使用我們的數字化儀卡是我們客戶的典型例子，”虹科Spectrum 首席執行官 Gisela Hassler 說。“主要研究機構、大學和跨國研發部門選擇我們的產品是因為它們的質量。他們的項目通常運行多年，因此他們需要可以長期依賴的設備。我們有許多仍在使用中的產品已經結束十年。這也是我們推出五年保修的原因，讓設計和運行實驗的人們高枕無憂。”