德國Spectrum儀器宣布旗下140余款數(shù)字化儀卡被應用于歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機的設備保護系統(tǒng)（LHC）。這些數(shù)字化儀卡主要應用于檢查粒子束偏轉(zhuǎn)的精準度。在27km的LHC加速環(huán)中，當兩個高能粒子束以接近光速的速度向相反方向運行時，其對于精準度的要求極為苛刻。此后，它們在加速環(huán)周圍的四個位置發(fā)生碰撞并運行數(shù)小時。這些粒子極其微小，以至于使它們碰撞的精準度如同在相距10公里的位置發(fā)射兩根針，并使其在中途相遇的幾率一樣。
這兩個粒子束儲存著巨大的能量。如果粒子束失控，LHC設備將會遭到嚴重的破壞。為了能夠在緊急情況或碰撞結(jié)束時安全處理粒子束，大型強子對撞機粒子排放系統(tǒng)（LBDS）必須從LHC的一次運轉(zhuǎn)中提取出完整的光束，并將其傳輸?shù)骄嚯xLHC環(huán)約700米遠的吸收區(qū)。在每束粒子束排放后，操作后的檢查系統(tǒng)將確保LBDS的全部元素能夠正常運作，同時粒子束能被完全提取出來。
快速脈沖磁鐵又稱為沖擊磁鐵，最重要的一個步驟是檢查從LHC環(huán)到提取線上粒子束偏轉(zhuǎn)的精確性。數(shù)字化儀卡片用于捕獲當前的脈沖波形，以檢查它們的形狀是否正確，并與粒子束同步。具體來說，LBDS提取磁鐵電流脈沖約為20 kA，上升時間小于3?s，同步誤差小于20 ns。如果單獨考慮LBDS中每個粒子束的排放事件，數(shù)字化儀卡片會獲取500個模擬信號，數(shù)字I/O卡將獲取150余個同步信號。
Spectrum儀器140余款數(shù)字化儀卡被應用于CERN和LHC
CERN加速器粒子束傳輸小組的軟件部負責人Nicolas Magnin解釋道：“我們已經(jīng)開發(fā)了自己的波形采集和分析框架，稱為IPOC（Internal Post OperaTIon Check）。它在Linux系統(tǒng)上使用c++編程，還包括一個硬件抽象層，使我們能夠與許多類型的數(shù)字化儀卡片進行交互。我們使用了Spectrum儀器公司的多種數(shù)字化儀卡片，以涵蓋CERN加速器所需的全部沖擊磁鐵類型，因為它們在帶寬和動力學方面有不同的要求。在實際應用中，我們通過Spectrum儀器的產(chǎn)品能夠涵蓋10MS/s至500MS/s范圍區(qū)間的帶寬，分辨率可達8位至16位?！?/p>
測量沖擊脈沖事件對精準度要求極高。例如，高需求的系統(tǒng)要求脈沖到脈沖的再現(xiàn)性錯誤延遲低于10ns，而在動態(tài)范圍為16的情況下振幅低于0.5%。為了達到這一目標，獲取的精確度必須具有更大的數(shù)量級。因此，諸如Spectrum儀器的時間分辨率為2ns，有效位數(shù)（ENOB）大于10的M4i.4451-x8數(shù)字化儀就成為了最佳的選擇。由于沖擊電流的信號動態(tài)不固定，因此數(shù)字化儀的各種輸入范圍被用來優(yōu)化所獲取的波形的信噪比。幾乎所有的波形都保存在日志數(shù)據(jù)庫中，以便后期離線分析。此外，所有波形分析結(jié)果（例如：延遲、長度、上升時間、下降時間、平頂振幅等）都存儲在日志數(shù)據(jù)庫中，用于提取隨時間變化的趨勢，檢查系統(tǒng)穩(wěn)定性、溫度依賴性等。
Nicolas Magnin還表示：“Spectrum儀器公司的產(chǎn)品性能卓越，價格極具競爭力。他們?yōu)橛脩籼峁┑能浖ぞ吆唵我子?，并且?qū)動源和我們的Linux操作環(huán)境非常契合。此外，Spectrum儀器為用戶提供的編程文檔示例使我們非常容易上手。在過去的8年里，我們購買了大量的Spectrum儀器公司的數(shù)字化儀卡片，只是在超出保修期后出現(xiàn)了幾個問題，并得到了快速的解決。同樣，在開發(fā)階段，Spectrum儀器的技術(shù)支持也非常快速和到位?！?/p>
Nicolas Magnin繼續(xù)補充道：“我們還使用Spectrum儀器公司的任意波形發(fā)生器（AWG）卡片來模擬沖擊電流波形，用Spectrum儀器的數(shù)字模式發(fā)生器卡片發(fā)送定時和控制信號，以幫助開發(fā)和驗證我們測試工作臺的監(jiān)視和保護系統(tǒng)。有時，我們也在Windows上使用LabVIEW作為測試工作臺，因為Spectrum儀器的硬件與這個環(huán)境是直接兼容的。”
目前，超過140個Spectrum儀器公司的數(shù)字化儀卡片被使用在CERN加速器的沖擊系統(tǒng)、PCI/PCIe和PXIe平臺。
Spectrum儀器公司的首席執(zhí)行長官Gisela Hassler表示：“CERN是我們的一個典型客戶案例，Spectrum儀器憑借卓越的產(chǎn)品性能和品質(zhì)獲得了眾多大型研究機構(gòu)、大學和跨國研發(fā)部門的青睞。這些機構(gòu)和公司的項目通常要持續(xù)多年，因此他們需要能夠長期依賴的設備。迄今為止，Spectrum儀器的很多產(chǎn)品生命周期超過十余年。同時，我們也為用戶提供了五年無憂質(zhì)保，為用戶提供了有力保障?！?/p>