12.10.2017

Spectrum: 12-Kanal-Digitizer-Anwendung im Sub-Nanosekunden-Bereich

Die DN6.221-12 digitizerNETBOX von Spectrum Instrumentation ist ein Stand-alone-Gerät, das für eine hochkomplexe Anwendung 12 komplett synchrone Kanäle mit jeweils 1,25 GS/s und 800ps zeitlicher Auflösung zur Verfügung stellt. Die LXI-kompatible digitizerNETBOX ist über eine Ethernet-Netzwerkverbindung komplett fernsteuerbar und liefert in der Forschungsanwendung die Messdaten zu jedem gewünschten Computer im Mega-Gauß-Labor in Tokyo.


DN6.221-12 digitizerNETBOX (Bild: Spectrum)

Das Mega-Gauß-Labor des ISSP (Institute Solid State Physics) an der Universität in Tokyo, will einen neuen Weltrekord erzielen für das stärkste jemals innerhalb eines Gebäudes erzeugte Magnetfeld. Dafür müssen die Forscher jedoch die Präzision des Zündungsprozesses an ihrem Puls-Magneten verbessern. Die dafür nötigen Messungen müssen den Bruchteil einer Milliardstel Sekunde auflösen können und werden mit einem Digitizer von Spectrum Instrumentation durchgeführt.


Wozu dienen starken Magnetfelder

Die sehr starken Magnetfelder des ISSP werden benutzt, um die Eigenschaften von Materialien zu untersuchen, wenn sie sehr hohem Magnetismus ausgesetzt werden. Die Erkenntnisse dienen auch zur Entwicklung neuer Materialien und Werkstoffe. Der Puls-Magnet des Labors kann bis zu 87 Tesla generieren, ohne den zu untersuchenden Werkstoff zu zerstören. Nimmt man die Beschädigung der Probe in Kauf, kann der Puls-Magnet in einem Bereich von 100 Tesla bis zu 760 Tesla betrieben werden – laut Spectrum ist das der aktuelle Weltrekord für ein künstliches Magnetfeld, das in einem Gebäude erzeugt wird.




Blick in das Mega-Gauss-Labor (Bild: Spectrum)



Die messtechnischen Anforderungen

Der Puls-Magnet, auch Mega-Gauß-Maschine genannt, muss viele Reihen von großen Kondensatoren im Abstand von jeweils weniger als 10ns auslösen. Um diese Präzision zu erreichen, müssen die Trigger-Impulse untersucht werden. Die Charakteristika der Signale und deren zeitliche Zusammenhänge werden analysiert, um optimale Auslöse-Impulse und damit maximale Magnetfelder zu erhalten. Das ist sehr wichtig, denn der Mega-Gauß-Magnet kann nur wenige Male pro Tag abgefeuert werden.


Um die Trigger-Impulse zu erfassen und zu untersuchen, war ein in sich völlig synchrones 10-Kanal-Digitizer-System mit einer Abtastrate von mindestens einer Milliarde Samples pro Sekunde (1 GS/s) erforderlich. Durch diese hohe Abtastrate kann die Form und Frequenz der Trigger-Impulse genau festgehalten werden, wobei das synchrone Sampling auf 10 Kanälen die zeitlichen Verschiebungen der Signale untereinander im Nanosekundenbereich erfassen soll.



Bedienung nur per Fernsteuerung erlaubt

Eine Schwierigkeit dabei ist, dass die extrem starken Magnetfelder für die Messinstrumente und die Forscher gefährlich sind. Die Messapparaturen müssen sich direkt bei der Mega-Gauß-Maschine befinden und werden deswegen abgeschirmt. Die Forscher-Crew bringt sich im Kontrollraum in Sicherheit, daher muss das Digitizer-System vollständig fernsteuerbar sein.



Die technische Lösung

Die DN6.221-12 digitizerNETBOX von Spectrum Instrumentation erfüllte die Voraussetzungen für das technische Problem. Es stellt 12 komplett synchrone Kanäle mit jewils 1,25 GS/s und 800ps zeitlicher Auflösung zur Verfügung. Die LXI-kompatible digitizerNETBOX ist über eine Ethernet-Netzwerkverbindung komplett fernsteuerbar und liefert ihre Messdaten zu jedem gewünschten Computer im Netzwerk des Labors. Messungen auf mehreren Kanälen sind möglich, denn der Bediener wählt Parameter wie die Anzahl der Kanäle, Abtastrate, Auflösung, Speicherungsart etc. aus.


Bild: Spectrum



Die Software SBench6-Pro ...

erledigt das Setup und bietet eine grafische Oberfläche mit Waveform-Display für alle 12 Kanäle gleichzeitig, sowie Daten-Analyse und Dokumentation. Die aufbereiteten Messdaten können gespeichert oder zu anderen Geräten oder Software-Paketen in vielen Formaten wie MATLAB, ASCII, Binär und Wave exportiert werden.


Mit Hilfe der digitizerNETBOX können die Forscher die Mega-Gauß-Maschine jetzt weiter optimieren. Sie planen einen weiteren Weltrekordversuch, um ein noch höheres Magnetfeld zu erzeugen für Ende 2017.


 


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