- 應(yīng)用背景 -

國際 MegaGauss 科學(xué)實(shí)驗(yàn)室是東京大學(xué)固態(tài)物理研究所 (ISSP) 的一部分。實(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)室脈沖磁鐵目前可以通過非破壞性方法產(chǎn)生高達(dá) 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(qiáng)磁場(chǎng)的世界紀(jì)錄）。

應(yīng)用需求

THE REQUIREMENT

作為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室 MegaGauss 機(jī)器產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要推動(dòng)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(shí)驗(yàn)室必須檢查每個(gè)電容器的觸發(fā)信號(hào)以確定它們的關(guān)鍵特性和時(shí)序關(guān)系。MegaGauss 機(jī)器還需要仔細(xì)控制，因?yàn)槲锢韰?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(jī)器超高磁場(chǎng)的大型電容器組。

為了捕獲和分析觸發(fā)信號(hào)，ISSP 需要一個(gè)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(gè)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(shí)測(cè)量可以始終如一地以亞納秒精度進(jìn)行。

更復(fù)雜的是 Megaguass 機(jī)器會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的高磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)可能不安全并且很容易干擾測(cè)量?jī)x器。需要非常小心地保護(hù)設(shè)備和操作員。測(cè)量系統(tǒng)需要放置在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。因此，數(shù)字化儀系統(tǒng)必須通過實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)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(gè)完全同步的通道，每個(gè)通道的采樣率為 1.25 GS/s。由于 digitizerNETBOX 設(shè)備是符合 LXI 標(biāo)準(zhǔn)的儀器，它們?cè)试S通過千兆以太網(wǎng)連接進(jìn)行完全遠(yuǎn)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(jìn)行測(cè)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(hào)可以多種格式存儲(chǔ)并導(dǎo)出到其他設(shè)備或其他軟件程序，例如 MATLAB、ASCII、二進(jìn)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(shì)，因?yàn)樗鼈優(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(gè)獨(dú)立觸發(fā)信號(hào)（用于觸發(fā)電容器）但由 DN6-221-12 digitzerNETBOX 同步捕獲的采集。信號(hào)特性很容易識(shí)別，并且可以進(jìn)行關(guān)鍵的時(shí)序測(cè)量。數(shù)據(jù)也被導(dǎo)出以供進(jìn)一步分析和記錄。

用新線圈試運(yùn)行

TEST RUN WITH NEW COILS

右圖顯示了一種新型線圈的試運(yùn)行。在 77 us 處，新線圈實(shí)際上會(huì)爆炸。B_waves 1-3（從 30 us）標(biāo)記上的低電平信號(hào)實(shí)際上是線圈有問題的警告！

圖 4：用新線圈試運(yùn)行

結(jié)論

CONCLUSION

虹科Spectrum digitizerNETBOX 提供了一個(gè)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(jī)器中，以便可以更精確和詳細(xì)地進(jìn)行觸發(fā)定時(shí)測(cè)量和分析。該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在能夠進(jìn)一步優(yōu)化 Megagauss 機(jī)器的性能，期望它們能夠在晚些時(shí)候產(chǎn)生世界上有史以來最高的室內(nèi)磁場(chǎng)。