【虹科案例】用于超高磁场的虹科 digitizerNETBOX——高采样率和完全同步采样

应用背景

国际 MegaGauss 科学实验室是东京大学固态物理研究所 (ISSP) 的一部分。实验室的目的是研究固态材料（如半导体、磁性材料、金属、绝缘体、超导材料）在超高磁场下的物理特性，这些领域还包括研究新材料并控制其阶段和功能。实验室脉冲磁铁目前可以通过非破坏性方法产生高达 87 特斯拉 (T)，并通过破坏性方法产生100 T 到 760 T（目前室内产生的最强磁场的世界纪录）。

应用需求

作为优化实验室 MegaGauss 机器产生磁场的主要推动力的一部分，同步触发大型电容器组的触发事件非常重要（图 1）。理想情况下，所有电容器都需要在 10 ns 内触发。因此，实验室必须检查每个电容器的触发信号以确定它们的关键特性和时序关系。MegaGauss 机器还需要仔细控制，因为物理参数将其发射限制在每天只有几发。

图 1. 用于产生 MegaGauss 机器超高磁场的大型电容器组。

为了捕获和分析触发信号，ISSP 需要一个完全同步的 10 通道数字化仪系统，该系统可提供超过每秒 1 千兆样本 (GS/s) 的单次采样率。高采样率允许揭示单个触发脉冲的形状和频率内容，而完全同步采样确保通道间定时测量可以始终如一地以亚纳秒精度进行。

更复杂的是 Megaguass 机器会产生危险的高磁场，这些磁场可能不安全并且很容易干扰测量仪器。需要非常小心地保护设备和操作员。测量系统需要放置在实验室内，而操作员则可以在安全的控制室中调整和监控实验（图 2 和图 3）。因此，数字化仪系统必须通过实验室网络进行远程操作和控制。

图 2. digitizerNETBOX 靠近大型电容器并安装在屏蔽外壳中以避免 EMI，LXI 控制允许使用笔记本电脑或通过连接到实验室网络轻松操作。

图 3. MegaGauss 机器从主控制室安全操作。

解决方案

虹科Spectrum 的解决方案是DN6.221-12 digitizerNETBOX 系统。该装置满足所有必要的技术要求，提供 12 个完全同步的通道，每个通道的采样率为 1.25 GS/s。由于 digitizerNETBOX 设备是符合 LXI 标准的仪器，它们允许通过千兆以太网连接进行完全远程控制和数据传输。这些装置还配备了SBench 6-Pro软件允许用户快速设置系统并开始进行测量。SBench 6-Pro 具有易于使用的图形用户界面，允许多通道波形显示、数据分析和文档记录。采集和分析的信号可以多种格式存储并导出到其他设备或其他软件程序，例如 MATLAB、ASCII、二进制和波形（图 4）。digitizerNETBOX 系统与其他数字化仪相比具有显着优势，因为它们为多通道采集提供了交钥匙解决方案。用户可以选择所需的数字化仪通道数量以及采样率、分辨率和板载采集内存等基本规格。

图 4. 显示 10 个独立触发信号（用于触发电容器）但由 DN6-221-12 digitzerNETBOX 同步捕获的采集。信号特性很容易识别，并且可以进行关键的时序测量。数据也被导出以供进一步分析和记录。

用新线圈试运行

右图显示了一种新型线圈的试运行。在 77 us 处，新线圈实际上会爆炸。B_waves 1-3（从 30 us）标记上的低电平信号实际上是线圈有问题的警告！

图 4：用新线圈试运行

结论

虹科Spectrum digitizerNETBOX 提供了一个易于使用的多通道数据采集系统，非常符合 ISSP 的要求。该系统被快速安装并集成到 MegaGauss 机器中，以便可以更精确和详细地进行触发定时测量和分析。该实验室现在能够进一步优化 Megagauss 机器的性能，期望它们能够在晚些时候产生世界上有史以来最高的室内磁场。