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CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的機(jī)器保護(hù)系統(tǒng)中使用了超過(guò)140塊Spectrum的數(shù)據(jù)采集卡。卡片被用來(lái)檢查粒子束是否被精確地偏轉(zhuǎn)。當(dāng)兩個(gè)高能粒子束在27公里的LHC加速器環(huán)中以相反的方向接近光速行進(jìn)時(shí)，然后，他們運(yùn)行數(shù)小時(shí)后在環(huán)附近的四個(gè)位置碰撞。這些粒子非常小，以至于使它們發(fā)生碰撞的任務(wù)類(lèi)似于以相距10公里用兩根針去碰撞。
兩個(gè)光束的能量非常高，在失去光束控制的情況下，LHC機(jī)器可能遭受?chē)?yán)重?fù)p壞。為了在緊急情況下或在碰撞運(yùn)行結(jié)束時(shí)安全地處置，LHC電子束傾倒系統(tǒng)（LBDS）必須在一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)從LHC中提取，并將其運(yùn)輸?shù)轿挥?00m外的吸收體內(nèi)。在每次束流收集器，后操作檢查系統(tǒng)將確保LBDS內(nèi)的所有的因素都正確執(zhí)行，并且光束需完整的提取出來(lái)。
一個(gè)關(guān)鍵的部分是檢查快速脈沖磁鐵，稱(chēng)為沖擊磁鐵，準(zhǔn)確地使粒子束從LHC環(huán)中精確的偏離。數(shù)據(jù)采集卡用于捕獲當(dāng)前脈沖波形，以檢查它們是否具有正確的形狀并與光束完全同步。LBDS引出磁鐵電流脈沖本身大約為20 kA，其上升時(shí)間小于3μs，同步誤差小于20納秒。僅在LBDS中，對(duì)于每一個(gè)波束收集器，使用數(shù)據(jù)采集卡獲取將近500個(gè)模擬信號(hào)，并且使用數(shù)字I/O卡捕獲超過(guò)150個(gè)同步信號(hào)。
“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了自己的波形采集和分析框架，稱(chēng)為IPOC（Internal Post Operation Check），”CERN加速器束傳輸組的軟件團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人NicolasMagnin解釋道。“這是用C++編寫(xiě)的，它包括一個(gè)基于Linux的硬件抽象層，使我們能夠與多種類(lèi)型的數(shù)字化卡連接。我們使用各種來(lái)自Spectrum的數(shù)字化卡來(lái)用于所有CERN加速器的激磁磁鐵控制，它們?cè)趲捄蛣?dòng)態(tài)范圍方面具有不同的要求。這種不同的卡使我們能夠覆蓋從10 MS/s到500 MS/s的帶寬范圍，以及根據(jù)不同應(yīng)用從8到16位的分辨率。
對(duì)于這些跳躍脈沖事件的測(cè)量，需要非常高的精度水平。例如，最苛刻的系統(tǒng)，脈沖與脈沖間的誤差延遲需要低于10納秒，以及在動(dòng)態(tài)范圍為16的范圍內(nèi)低于0.5%的幅度。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，采集的精度必須更大一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，例如，具有2 ns的時(shí)間分辨率和大于10的有效位數(shù)（ENOB）的M4i.4451-x8數(shù)據(jù)采集卡。當(dāng)激勵(lì)器電流信號(hào)動(dòng)態(tài)不固定時(shí)，使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器的各種輸入范圍來(lái)優(yōu)化采集波形的信噪比。幾乎所有波形都保存在日志的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于以后的離線分析。此外，所有波形分析結(jié)果（例如，延遲、長(zhǎng)度、上升時(shí)間、下降時(shí)間、平頂振幅等）被存儲(chǔ)在日志數(shù)據(jù)庫(kù)中，以提取隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，以檢查系統(tǒng)穩(wěn)定性、溫度依賴性等。
“我們選擇了Spectrum的產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈円苑浅Ｓ懈?jìng)爭(zhēng)力的性價(jià)比，”Nicolas Magnin補(bǔ)充道。“它們很容易用用戶友好的軟件工具設(shè)置，并且驅(qū)動(dòng)很容易在Linux操作環(huán)境下編譯和部署。文檔和編碼示例都非常清晰，這使得用起來(lái)非常容易。在過(guò)去的八年里，我們已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了一些Spectrum采集卡，其中只有兩個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題，Spectrum的維修和返回非常快。同樣，他們的支持非常迅速，在發(fā)展階段我們的問(wèn)題得到了答案。
“我們還利用Spectrum的任意波形發(fā)生器（AWG）卡來(lái)模擬沖擊電流波形和Spectrum數(shù)字模式發(fā)生器卡，以發(fā)送定時(shí)和控制信號(hào)，以幫助開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證我們測(cè)試臺(tái)上的監(jiān)視和保護(hù)系統(tǒng)。我們有時(shí)也會(huì)在Windows上使用LabVIEW作為測(cè)試平臺(tái)，因?yàn)镾pectrum Instrumentation硬件與此環(huán)境直接兼容。“
目前，在PCER/PCIE和最近的PXEI平臺(tái)上，在CERR系統(tǒng)上使用了超過(guò)140種Spectrum的卡。
“CERN使用我們的數(shù)據(jù)采集卡是我們客戶的典型例子，”Spectrum的首席執(zhí)行官Gisela Hassler說(shuō)。“主要研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和跨國(guó)研發(fā)部門(mén)選擇我們的產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量。他們的項(xiàng)目經(jīng)常運(yùn)行很多年，所以他們希望能夠長(zhǎng)期依賴的設(shè)備。我們有許多產(chǎn)品仍在使用，超過(guò)十年。這也是為什么我們提供五年質(zhì)保，為客戶設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)提供了多年的安心。
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