九九色综合,91sss,亚洲国产综合在线,伊人婷婷色,国产香蕉精品,国产第四页

內頁廣告7

熱搜關鍵詞: PCIe高速數據采集卡RFSOC高速數據采集軟件無線電平臺VPX高速數據采集卡高速信號采集卡PCIe數據采集數字信號處理

您的當前位置:首頁 » 資訊中心 » 技術動態 » 數字化儀采集陣列在大型物理實驗中的應用

數字化儀采集陣列在大型物理實驗中的應用

返回列表 來源:坤馳科技 查看手機網址
掃一掃!數字化儀采集陣列在大型物理實驗中的應用掃一掃!
瀏覽:- 發布日期:2025-06-03 21:30:06【


數字化儀采集陣列在大型物理實驗中的應用


背景介紹

在前沿物理研究領域,特別是與核物理、瞬態、高頻電磁現象有關的大型物理實驗,通常會對信號采集系統提出極高的要求,因為實驗過程中復雜物理現象的精確測量和分析對于實驗結果和研究結論至關重要。這類實驗通常需要同時監測分布在空間不同位置的大量傳感器,采集的信號具有頻率高(可達GHz量級)、脈寬窄(ns至ps量級)、動態范圍大等特點。更為關鍵的是,數百甚至上千個采集通道之間需要保持極高的時間同步精度(ps級),以確保不同物理量測量數據在時間軸上的嚴格關聯性。

此外,大型物理實驗常用的光譜分析技術是此類研究中診斷等離子體狀態的重要手段之一。通過光譜分析,可以研究等離子體中的粒子運動、激發態行為等關鍵物理特性。然而,光譜信號本身也屬于瞬態信號,其精確采集同樣依賴于高性能、高同步性的數據采集系統。

因此,構建一套高性能、高同步性、可擴展性強的分布式采集系統成為解決此類實驗需求的關鍵。坤馳科技為某國家級重大科研項目中的關鍵物理實驗平臺提供了定制化的高速信號采集處理解決方案。本文將探討坤馳科技如何利用數字化儀采集陣列技術解決上述挑戰。


需求與挑戰


大型物理實驗裝置在運行過程中會產生高速粒子的碰撞,從而產生極短的電磁脈沖,其頻率極高。若采用客戶最容易想到的數字示波器方案,將無法滿足后端數據的實時存儲與信號處理需求。此外,監測多個傳感器的數據,需要數百個通道之間保持極高的同步性,這意味著即使采用大量的多通道緊湊型數字示波器組網,也會面臨高昂的成本與復雜的同步問題。

另一方面,實驗中的瞬態現象對多通道采集同步性提出了嚴苛要求。特別是實驗運行時產生的高頻電磁脈沖和瞬態磁場,可能導致傳統電纜傳輸的觸發信號失真。因此,需要采用光纖傳輸或其他信號隔離技術,確保同步信號的完整性。根據項目的實際需求,系統需要同步采集多種物理量(如電磁場、光譜輻射、粒子通量等),同時具備跨頻段、跨量綱的同步觸發與時間戳對齊能力。這些高要求對于數字示波器的方案而言,非常困難。

結合上述兩方面的要求,可以判斷需采用多臺數字化儀構建分布式采集陣列,并最終形成一套復雜而龐大的數據采集系統,具體理由參見表1。數字化儀采集陣列,顧名思義由多臺數字化儀構成,適用于需要多通道高精度同步采集的環境,特別適用于大型物理實驗、核聚變、陣列雷達、MIMO等需要多通道采集的應用場合。

表1


表1 數字化儀采集陣列的優勢可同時滿足上述需求


最后還有一點,即普通臺式儀器通常需額外配置GPS或IEEE1588同步模塊才能達到μs級同步,普通PCIe等模塊化儀器在配備性能良好的時鐘同步板后才能達到ns級同步,而VPX架構采用背板級參考時鐘分發系統則可實現ps級同步。由于該實驗所需的采集通道數以千計,通道之間的同步問題非常嚴峻,因此必須選擇基于VPX架構的方案。事實上,VPX架構本身就具備高性能、高可靠性和模塊化的特點,所以在航空航天、國防等領域得以廣泛應用。

由此可見,采用基于VPX架構的數字化儀采集陣列應該可以滿足本項目嚴苛的技術指標要求,是應對該項目技術挑戰的最優解決方案。

系統方案設計

坤馳科技設計的系統采用標準上架式機柜部署(參見圖1),核心組件包括:

多臺采集機箱: 基于高性能模塊化架構(參見圖2),每個槽位插入高速數字化儀模塊。

集中式同步機箱: 為整個系統提供統一、高精度的時鐘源和觸發源(參見圖3)。

光纖交換網絡: 實現采集數據的高速、抗干擾傳輸至后端處理單元。

光譜信號通過光電轉換設備接入采集機箱,系統通過集中式同步機箱確保所有采集通道的嚴格時間同步。后端采用光纖網絡傳輸數據,用戶可通過Web版統一控制軟件對所有采集設備進行配置、監控和數據分析。


1

圖1. 上架式機柜實物圖

2


圖2. 基于VPX架構的采集機箱(示意圖)

3


圖3. 同步機箱(示意圖)

系統中最核心的是采集部分,具有以下特點:

● 每臺采集機箱基于高性能模塊化架構,通過背板高速總線(如PCIe)進行數據交互。

● 采用的坤馳科技自研高速數字化儀模塊,具備高采樣率(1GS/s及更高)、高分辨率(14位)、多通道(例如本項目采用2通道) 同步采集能力。

單機箱可擴展支持數十通道同步采集,系統可通過增加機箱靈活擴展至數百通道(圖4示意了一個小規模的系統)。

● 數字化儀基于高性能FPGA架構,支持定制化算法開發與實時處理。

4


圖4. 系統硬件架構示意圖

技術細節

高精度同步采集:為保證多通道高精度同步采集,如前文所述,需在硬件層面采用外部時鐘板為整套系統提供統一時鐘源,并采用外部觸發板為整個系統采集提供統一觸發源,最終保證采集的同步精度。再通過軟件層面對數字域信號進行相位對齊校準,完善硬件層由芯片自身特性帶來的確定性延遲,最終實現該多通道高精度采集陣列的時間同步優于200ps。


創新技術架構:坤馳科技提供完整的軟硬件協同解決方案(如圖5所示),不僅能夠顯著降低客戶的二次開發成本,而且具有以下創新優勢:

①軟件采用Web界面設計(如圖6所示),可用性、安全性及可擴展性更高;

②大數據存儲處理技術可輕松應對高速采集的海量數據;

③大量采用開源技術和代碼,不會受制于外部制裁和干擾;

④云原生架構的容器化部署、微服務化設計和自動化運維等技術可做到更快交付;

⑤用戶終端免部署,采用瀏覽器即可對系統狀態、采集任務、采集數據等信息進行管理查看,方便易用。

5


圖5. 解決方案的系統示意圖

6

圖6. Web應用開發的軟件界面



結論

綜上所述,坤馳科技提供的數字化儀采集陣列系統,憑借其高采樣率、精密時間同步、可擴展的架構設計,成功解決了大型物理實驗中普遍存在的高頻瞬態信號采集遺漏、多維度數據關聯不足、實時處理存在瓶頸等核心痛點問題。

相較于電子信息制造業中最普遍使用的數字示波器,坤馳科技的數字化儀采集陣列在前沿科學研究、大型物理實驗、核電技術研發等復雜場景下的數據采集方面展現出顯著的技術優勢:

? 高采樣率:系統具備高采樣率,能夠精確捕捉ns級的高速瞬態信號,有效避免信號遺漏。

? 精密時間同步:采用先進的同步技術,實現多通道間ps級的時間同步,確保多維度數據的時間一致性。
?可擴展性:模塊化儀器先天優勢就能確保系統可根據實驗需求靈活擴展通道數量和功能,為未來實驗的升級和擴展提供了便利。
? 實時處理能力:強大的實時數據處理能力,能夠對采集到的海量數據進行實時分析和處理,有效解決傳統儀器在實時處理方面的瓶頸問題。
? 成本優勢:充分發揮數字化儀專業用于多通道同步采集的優勢,無需采購多臺數字示波器,從而顯著降低設備的采購成本和維護成本。


文案:市場部

掃碼關注我們吧




                                                                                                                                     

推薦閱讀

    【本文標簽】:高速采集卡 高速信號采集卡 高速數據采集卡
    【責任編輯】:坤馳科技版權所有:轉載請注明出處