一、方案背景

國(guó)際 MegaGauss 科學(xué)實(shí)驗(yàn)室是東京大學(xué)固態(tài)物理研究所 (ISSP) 的一部分。實(shí)驗(yàn)室的目的是研究固態(tài)材料（如半導(dǎo)體、磁性材料、金屬、絕緣體、超導(dǎo)材料等）在超高磁場(chǎng)下的物理特性，這些領(lǐng)域還包括研究新材料并控制其階段和功能。實(shí)驗(yàn)室脈沖磁鐵目前可以通過(guò)非破壞性方法產(chǎn)生高達(dá) 87T，并通過(guò)破壞性方法產(chǎn)生100 T 到 760 T（目前室內(nèi)產(chǎn)生的最強(qiáng)磁場(chǎng)的世界紀(jì)錄）。

在實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化MegaGauss機(jī)器磁場(chǎng)的核心工作中，大型電容器組的同步觸發(fā)是決定實(shí)驗(yàn)精度與安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。理想狀態(tài)下，所有電容器需在10 ns內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)，這就要求對(duì)每個(gè)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系與關(guān)鍵特性進(jìn)行精準(zhǔn)捕捉與深度分析。為了捕獲和分析觸發(fā)信號(hào)，ISSP 需要一個(gè)完全同步的 10 通道數(shù)字化儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供超過(guò) 1 GS/s 的單次采樣率。

高采樣率可精準(zhǔn)呈現(xiàn)單個(gè)觸發(fā)脈沖的形狀與頻率特征，而完全同步采樣則能確保通道間定時(shí)測(cè)量始終保持亞納秒級(jí)精度，為時(shí)序分析提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

同時(shí)，該系統(tǒng)還需支持遠(yuǎn)程操作與控制，以應(yīng)對(duì)MegaGauss機(jī)器強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的安全防護(hù)要求，實(shí)現(xiàn)測(cè)量設(shè)備與操作區(qū)域的物理隔離，兼顧實(shí)驗(yàn)安全與數(shù)據(jù)采集效率。

二、現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)：MegaGauss 機(jī)器觸發(fā)信號(hào)測(cè)量的核心難點(diǎn)

結(jié)合MegaGauss機(jī)器的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與ISSP的測(cè)量需求，整個(gè)觸發(fā)信號(hào)測(cè)量工作面臨三大核心挑戰(zhàn)，直接影響實(shí)驗(yàn)的精度、效率與安全性：

? 同步觸發(fā)精度要求嚴(yán)苛：實(shí)驗(yàn)核心需求是實(shí)現(xiàn)大型電容器組10ns內(nèi)同步觸發(fā)，這就需要精準(zhǔn)檢測(cè)每個(gè)觸發(fā)信號(hào)的關(guān)鍵特性與時(shí)序關(guān)系，任何微小的同步偏差都可能影響磁場(chǎng)優(yōu)化效果，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)序精度提出極高要求。

? 高采樣與同步性能需求：為精準(zhǔn)還原觸發(fā)脈沖的波形、頻率特征，以及捕捉多通道信號(hào)的協(xié)同關(guān)系，ISSP需配備10通道完全同步、單次采樣率超1GS/s的數(shù)字化儀，確保多通道信號(hào)并行捕獲時(shí)的一致性與數(shù)據(jù)完整性。

? 強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的安全與操作限制：MegaGauss機(jī)器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，不僅會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的人身安全構(gòu)成威脅，還可能干擾測(cè)量?jī)x器的正常運(yùn)行。因此，測(cè)量系統(tǒng)需部署于實(shí)驗(yàn)隔離區(qū)域，同時(shí)支持遠(yuǎn)程操作與控制，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”式數(shù)據(jù)采集，兼顧安全與操作便利性。

三、NETBOX 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精準(zhǔn)適配

針對(duì)上述核心挑戰(zhàn)，NETBOX提供易于使用的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，非常符合 ISSP 的要求。該系統(tǒng)被快速安裝并集成到 MegaGauss 機(jī)器中，以便可以以更高的精度和細(xì)節(jié)進(jìn)行觸發(fā)定時(shí)測(cè)量和分析。

該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在能夠進(jìn)一步優(yōu)化兆高斯機(jī)器的性能。NETBOX靠近大電容器，并安裝在屏蔽外殼中以避免EMI。LXI 控制允許使用筆記本電腦或通過(guò)連接到實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)輕松設(shè)置。

MegaGauss 機(jī)器從主控制室安全操作 digitizerNETBOX 靠近大型電容器并安裝在屏蔽外殼中以避免 EMI，LXI 控制允許使用筆記本電腦或通過(guò)連接到實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)輕松操作

審核編輯 黃宇