12-Kanal-Digitizer liefert Präzision im Sub-Nanosekunden-Bereich

12-Kanal-Digitizer liefert Präzision im Sub-Nanosekunden-Bereich

Das internationale ‚Mega-Gauß‘-Labor, ein Teil 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. Um dies zu erreichen, müssen die Forscher am ISSP die Präzision des Zündungsprozesses an ihrem riesigen Puls-Magneten verbessern.

 (Bild: Spectrum Instrumentation GmbH)

(Bild: Spectrum Instrumentation GmbH)

Die dafür nötigen Messungen müssen den Bruchteil einer Milliardstel Sekunde auflösen können und werden mit einem Digitizer von Spectrum Instrumentation durchgeführt. Die sehr starken Magnetfelder des ISSP werden benutzt, um die Eigenschaften von Materialien zu untersuchen, wenn sie sehr hohem Magnetismus ausgesetzt werden. Die gewonnenen 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 unglaublichen 760 Tesla betrieben werden – der aktuelle Weltrekord für ein künstliches Magnetfeld, das in einem Gebäude erzeugt wird.

Die Herausforderung

Der Puls-Magnet, auch ‚Mega-Gauß-Maschine‘ genannt, muss viele Reihen von großen Kondensatoren im Abstand von jeweils weniger als 10 Nanosekunden auslösen. Um diese hohe Präzision zu erreichen, müssen die Trigger-Impulse untersucht werden. Die Charakteristika der Signale und deren zeitliche Zusammenhänge werden genauestens analysiert, um optimale Auslöse-Impulse und damit maximale Magnetfelder zu erhalten. Dies ist sehr wichtig, denn der ‚Mega-Gauß‘-Magnet darf nur wenige Male pro Tag abgefeuert werden. Um die Trigger-Impulse zu erfassen und zu untersuchen, benötigte das ISSP ein in sich völlig synchrones 10-Kanal-Digitizer-System mit einer Abtastrate von mindestens einer Milliarde Samples pro Sekunde (1 GS/s). 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. Eine große Schwierigkeit dabei ist, dass die extrem starken Magnetfelder für die Messinstrumente und die Forscher sehr gefährlich sind. Die Messapparaturen müssen sich direkt bei der ‚Mega-Gauß-Maschine‘ befinden und werden deswegen aufwendig abgeschirmt. Die Forscher-Crew bringt sich im Kontrollraum in Sicherheit, daher muss das Digitizer-System auch vollständig fernsteuerbar sein.

(Bild: Spectrum Instrumentation GmbH)

Ausgewähltes Digitizer-System

Die Wahl der Forscher fiel auf die DN6.221-12 digitizerNetbox von Spectrum Instrumentation. Dieses ‚Stand-Alone‘-Gerät löste in Japan alle Probleme: 12 komplett synchrone Kanäle, jeder mit 1,25GS/s und damit 800Pikosekunden zeitlicher Auflösung. 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 mit der Spectrum digitizerNETBOX im Handumdrehen möglich, denn der Bediener wählt Parameter wie die Anzahl der Kanäle, Abtastrate, Auflösung, Speicherungsart etc. auf einfache Weise aus. Die beiliegende Software SBench6-Pro erlaubt ein schnelles Setup und einen zügigen Start der Messungen. Die bei Spectrum entwickelte Software 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 Spectrum digitizerNetbox können die Forscher der Universität Tokyo die ‚Mega-Gauß-Maschine‘ jetzt weiter optimieren. Ein weiterer Weltrekordversuch, um ein noch höheres Magnetfeld zu erzeugen, ist für Ende 2017 geplant.

Thematik: Allgemein
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Ausgabe:
Spectrum Instrumentation GmbH
spectrum-instrumentation.com/de

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