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Spectrum仪器140余款数字化仪在CERN投入使用 | Spectrum

—用于CERN大型强子对撞机的设备保护系统
德国汉斯多尔夫,2018年4月19日讯—德国Spectrum仪器宣布旗下140余款数字化仪卡被应用于欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机的设备保护系统(LHC)。这些数字化仪卡主要应用于检查粒子束偏转的精准度。在27km的LHC加速环中,当两个高能粒子束以接近光速的速度向相反方向运行时,其对于精准度的要求极为苛刻。此后,它们在加速环周围的四个位置发生碰撞并运行数小时。这些粒子极其微小,以至于使它们碰撞的精准度如同在相距10公里的位置发射两根针,并使其在中途相遇的几率一样。

这两个粒子束储存着巨大的能量。如果粒子束失控,LHC设备将会遭到严重的破坏。为了能够在紧急情况或碰撞结束时安全处理粒子束,大型强子对撞机粒子排放系统(LBDS)必须从LHC的一次运转中提取出完整的光束,并将其传输到距离LHC环约700米远的吸收区。在每束粒子束排放后,操作后的检查系统将确保LBDS的全部元素能够正常运作,同时粒子束能被完全提取出来。

快速脉冲磁铁又称为冲击磁铁,最重要的一个步骤是检查从LHC环到提取线上粒子束偏转的精确性。数字化仪卡片用于捕获当前的脉冲波形,以检查它们的形状是否正确,并与粒子束同步。具体来说,LBDS提取磁铁电流脉冲约为20 kA,上升时间小于3µs,同步误差小于20 ns。如果单独考虑LBDS中每个粒子束的排放事件,数字化仪卡片会获取500个模拟信号,数字I/O卡将获取150余个同步信号。

CERN加速器粒子束传输小组的软件部负责人Nicolas Magnin解释道:“我们已经开发了自己的波形采集和分析框架,称为IPOC(Internal Post Operation Check)。它在Linux系统上使用c++编程,还包括一个硬件抽象层,使我们能够与许多类型的数字化仪卡片进行交互。我们使用了Spectrum仪器公司的多种数字化仪卡片,以涵盖CERN加速器所需的全部冲击磁铁类型,因为它们在带宽和动力学方面有不同的要求。在实际应用中,我们通过Spectrum仪器的产品能够涵盖10MS/s至500MS/s范围区间的带宽,分辨率可达8位至16位。”

测量冲击脉冲事件对精准度要求极高。例如,高需求的系统要求脉冲到脉冲的再现性错误延迟低于10ns,而在动态范围为16的情况下振幅低于0.5%。为了达到这一目标,获取的精确度必须具有更大的数量级。因此,诸如Spectrum仪器的时间分辨率为2ns,有效位数(ENOB)大于10的M4i.4451-x8数字化仪就成为了最佳的选择。由于冲击电流的信号动态不固定,因此数字化仪的各种输入范围被用来优化所获取的波形的信噪比。几乎所有的波形都保存在日志数据库中,以便后期离线分析。此外,所有波形分析结果(例如:延迟、长度、上升时间、下降时间、平顶振幅等)都存储在日志数据库中,用于提取随时间变化的趋势,检查系统稳定性、温度依赖性等。

Nicolas Magnin还表示:“Spectrum仪器公司的产品性能卓越,价格极具竞争力。他们为用户提供的软件工具简单易用,并且驱动源和我们的Linux操作环境非常契合。此外,Spectrum仪器为用户提供的编程文档示例使我们非常容易上手。在过去的8年里,我们购买了大量的Spectrum仪器公司的数字化仪卡片,只是在超出保修期后出现了几个问题,并得到了快速的解决。同样,在开发阶段,Spectrum仪器的技术支持也非常快速和到位。”

Nicolas Magnin继续补充道:“我们还使用Spectrum仪器公司的任意波形发生器(AWG)卡片来模拟冲击电流波形,用Spectrum仪器的数字模式发生器卡片发送定时和控制信号,以帮助开发和验证我们测试工作台的监视和保护系统。有时,我们也在Windows上使用LabVIEW作为测试工作台,因为Spectrum仪器的硬件与这个环境是直接兼容的。”

目前,超过
140Spectrum仪器公司的数字化仪卡片被使用在CERN加速器的冲击系统、PCI/PCIePXIe平台。

Spectrum
仪器公司的首席执行长官Gisela Hassler表示:“CERN是我们的一个典型客户案例,Spectrum仪器凭借卓越的产品性能和品质获得了众多大型研究机构、大学和跨国研发部门的青睐。这些机构和公司的项目通常要持续多年,因此他们需要能够长期依赖的设备。迄今为止,Spectrum仪器的很多产品生命周期超过十余年。同时,我们也为用户提供了五年无忧质保,为用户提供了有力保障。”

关于Spectrum仪器

Spectrum仪器公司是全球领先的PC测试测量设备的设计制造商,于1989年成立于德国汉斯多尔夫。公司产品主要应用于电子信号的采集、生成和分析。德国Spectrum仪器专注于高速数字化仪和发生器技术。迄今为止,Spectrum拥有500多种可用的模块化产品,并符合PCIe, LXI和PXI等主流行业技术标准。德国Spectrum仪器的销售网络遍布全球,其设计工程师直接服务客户,并提供快速、杰出的技术支持。如需更多信息请访问Spectrum仪器公司官网www.spectrum-instrumentation.com