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Spectrum製品のアプリケーション紹介2020_rev6.1

事例紹介

Spectrum製品の代表的なアプリケーションの例を紹介する

Spectrum製品のアプリケーションの紹介
◆マルチチャネル計測
◆超音波計測
◆加速器への応用
◆LIDAR
◆光音響計測(レーザ・アコースティック)
◆磁気特性計測
◆質量分析計
◆アナログ_デジタル混在信号の同期計測
◆高速演算例の紹介
◆部品特性検査
◆任意波形発生器とデジタイザの連携
◆その他の適用例(世界の研究機関)

このカタログについて

ドキュメント名 Spectrum製品のアプリケーション紹介2020_rev6.1
ドキュメント種別 事例紹介
ファイルサイズ 1.8Mb
登録カテゴリ
取り扱い企業 株式会社エレクトロニカ IMT事業部 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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アプリケーションの紹介_2020 製品の機能と形状 デスクトップに挿入しての使用 手始めにdigitizerNETBOX (装置への組み込み用途) デジタイザとPCを用いて、 AWG 信号を補足・表示・格納 イーサネット NETBOX PC+SBench6ーPro DIO デジタイザ SBench6-Proを用いてLAN経由で、それぞれの計測条件を コントロール、計測結果表示、データ格納+演算/報告書 ボードをデスクトップPCに挿入, 8カードまで同期可能 ソフトウェア対応 SBench6 https://www.imt-elk.com/products/sbench6 主な機能 Standard:波形表示、データ保存、データ生成他 SBench6-Pro:種々の演算(FFT、SN比計測)、レポーティングをサポート Sbench6-Multi: SBench6-Proと一緒に使用して、複数台を同期した場合の操作 各種ソフトウェア対応 Windows, Linux環境下で、様々なプログラム言語によりコントロールする事が可能。 C/C++, Visual basic, VB.NET, C#, Delphi, Python, JAVA, LabVIEW etc.
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<マルチチャネル計測> 概要 主な仕様・特長 ・大規模物理実験装置、マトリックス状に配置した 測定データのEXCEL解析例 種々の素子の特性検査、大型装置などの多点の 信号を、効率よく且つ、同期測定できます。 ・チャネル数 カ-ド当たり 1,2,4,8ですが、 複数カード連携(最大で8台まで)可能。 また、NETBOXを使用する事により、サンプリングレー トによっては、1台のNETBOX当たり、最大48チャネル まで可能。 SBench6を用いて、 システム構成 それぞれの計測条件をコントロール、 計測結果表示+演算/報告書へ イーサネット SBench6のデータ解析例 NETBOX PC+SBench6 <超音波計測> システム構成 概要 判定分解能向上のためのセンサ信号の広帯域化 超音波映像装置 (周波数帯域の広帯域化が必要(500MHz以上))と、 対象の大型化に伴う、スキャン速度の高速化、 スキャンエリア拡大により、多量データ解析能力の 必然性がアップしてきており、高速・高分解能デジタイザ の要求がでてきています。 主な仕様・特長 超音波センサからの信号を確実に捕捉する 高速デジタイジング性能 最大5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高データスループット性能 最大3.5GB/s データ転送スピード オンボードFPGAによるノイズ除去に必要なリアルタイ ムアベレージング機能 演算転送時間を削減するゲート指定によるデータ収 集機能 ゲート機能によるデータ収集
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<TOF-MS 質量分析計> 概要 システム構成 従来のTDC(Time Digital Converter)タイ 組込用途として、デジタイザの高速アベレージング プの質量分析装置の欠点(複数分子構成の多 機能と画像拡大機能により、解析が容易 重イオンイベント未対応、飛行時間ダイナミック 測定波形 レンジが狭い)に代わるものとして、デジタイザ の積分機能を用いた装置が使用されています が、さらに、高速サンプリング、高分解能が求め られています。 主な仕様・特長 高速デジタイジング機能 最大 5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高分解能(12ビット以上)、高SNR (積分)アベレージング波形 ローノイズ性能 → 繰返し測定回数の減少 →トータル測定時間減少 高データスループット 最大3.5GB/s データ転送スピード(PCIe Gen2 x8) ボード上のFPGAによるリアルタイムアベレージ 機能 省スペース&低消費電力: 装置全体のコンパクトパッケージ化 <LIDAR> 概要 応用例 ・大気中の粒子、ガスなどを検出するために、 大気中の粒子の検出 レーザを照射して、その反射光を検出・分析する 事により、その成分を検出する事が可能。 球状粒子 ・ドップラーLidarでは、大気の流れの変化を読取り 非球状粒子 空港などのダウンバーストなどの観測に利用。 Lidar また、自動車の自動運転用のサンサとしての開発 Lidar も、急速に進められている。 ・デジタイザへの要求として、検出対象の大きさ、変化のスピードのバリエー echo echo ションにより、検出速度の高速化、高分解能、高SNRが求められています。 主な仕様・特長 ドップラーLidarによる風速解析 高速デジタイジング機能 最大 5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高分解能(12ビット以上)、高SNR ローノイズ性能→繰り返し測定回数の減少→トータル測定時間減少 高データスループット 最大3.5GB/s データ転送スピード ボード上のFPGAによるリアルタイムアベレージ及びピーク検出機能 省スペース&省消費電力: 装置全体のコンパクトパッケージ化
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<光音響計測(レーザ・アコースティック)> システム構成 2軸 概要 レーザパルス ガルバノミラー 光源 組織或いは構造物にナノ秒パルス幅のレーザを照射すると、瞬間的に組 織が熱膨張を起こし超音波を発生(光音響効果)します。レーザを用いるこ M4i, M2P AWG とで、非常に小さなフォーカスが可能であり、超音波を用いる事で、光の約 ファイバ束 2倍の深達度、空間分解能が得られます。 センサ信号の広帯域化(周波数帯域の広帯域化100MHz以上)と、多チャ 測定対象 ネル化により、多量データ解析能力の必然性がアップしてきており、高速・ 同期 マルチチャネル 高分解能な高性能デジタイザの要求がでてきています。 超音波センサ 主な仕様・特長 超音波センサからの信号を確実に捕捉するデジタイザ゙仕様 Digitizer M4i. M2P ・レーザ照射タイミグに正確に同期した計測(EXT トリガ) NETBOX digtizer ・サンプリングレート:500MS/s~最大5GS/s ・帯域:250MHz~1.5GHz ・分解能:8/12/14/16 ・チャネル数:1ch~16ch ・オンボードFPGAによる リアルタイムアベレージング機能、移動平均機能 ・演算転送時間削減用のゲート指定によるデータ収集機能 ゲート機能によるデータ収集 <部品特性検査(ダイオードの例> 概要 システム構成 AWG デジタイザ 簡易部品計測の例としてツェナーダイオードの例を 同期 示します。 ・電流の増減に伴う電圧の値を測定するための条件 電流値のスイープ機能 電流出力に同期しての電圧測定 測定値のスケーリング機能 X-Y表示機能 主な仕様・特長 スプリッタ 高分解能デジタイジング機能 M4i.44xx、M2p.59xxシリーズ 16ビット、最大 500 MS/s 、帯域250 MHz 高分解能電圧出力機能 M4i.66xx、M2p.65xxシリーズ 16ビット 、最大 1.25 GS/s 、帯域400 MHz 高SNR、ローノイズ性能 SBench6の機能 ・Easy Generatorの波形作成機能:(sine, Square, triangle) ・出力波形のモニタ ・測定データのスケーリング機能/X-Y表示機能 SBench6 測定例
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<加速器への応用> 概要 システム構成 デジタイザが必要になる測定点と要求される性能 ・直線加速器のビームポジションモニタ 高速・広帯域サンプリング チャネル間の同時測定性能 ・蓄積リングの加速性能モニタ 高速、広帯域サンプリング、分散型測定 ・粒子線の測定 高速・高分解能測定、リアルタイム積分機能 主な仕様・特長 高速デジタイジング機能 8ビット、最大 5 GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz CERN: n_TOF 実験結果 高分解能(14、16ビット)、高SNR 150 Previous Data ローノイズ性能 → 繰返し測定回数の減少 120 (POMMARD)90 60 →トータル測定時間減少 300 1150 1200 1250 1300 1350 1400 マルチチャネル:~48チャネル 900 n_TOF Data 600 高データスループット 300 0 最大3.5GB/s データ転送スピード 1150 1200 1250 1300 1350 1400NEUTRON ENERGY, eV ボード上のFPGAによるリアルタイムアベレージ機能 測定例 SBench6による演算機能 <電磁鋼板の磁気特性計測> Ch0 PC 概要 Ch1 AWG モータの設計に必要な電磁鋼板の磁気特性は、従来エプ スタイン法や単板磁気試験法で測定していましたが、より多 AWG くの条件下での磁気特性を測定する事が必要となり、特に モータは回転磁束下で使用されるため、2次元磁気特性測 AWG 定が重要となります。 同期 デジタイザ モータの励磁周波数は50/60Hzですが、インバータ制御、サ 負帰還 Ch0 Ch1 Ch2 Ch3 イリスタ制御による、高周波、高調波成分の測定も必要と Power なってきています。 H-Coil X AMP AMP Power H-Coil Y AMP 主な仕様・特長 AMP B-Coil X AMP デジタイザM2p.5966-x4 B-Coil Y AMP 4チャネル、16ビット、125MS/s(1kS/s~125MS/s) 図1. 2次元磁気測定装置 サンプリングレートの設定分解能:1Hz AWG(任意波形発生器)M2p.6561-x4 2チャネル、16ビット、125MS/s(1kS/s~125MS/s) 外部サンプルクロックによる動作可能 図2. 測定例 FISSION CROSS-SECTION, mb
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<アナログ/デジタル混在信号の同期計測> 概要 プロセッサを使用してコントロールをしている機器の場合、図1 に示すように、バス(例えばI2C)の動きと、それに同期したアナ ログ信号(電源ライン、クロック、AD変換器の入力、DA変換器の 出力)を測定する必要がでてきます。 また、バスなどのデジタ ル信号も、その立ち上がり/立ち下がり時間、ハイレベル/ロー レベルの電圧値を測定する必要が出てきます。 デジタイザM2p.59xx-x4とそのオプション或いはM4i.44xx-x8 デジタル信号 のDIオプションにより、上記が可能になります。 M2p.xxxx-DigFX2 M4i.44xx-DigSMA M2p.xxxx-DigSMB 主な仕様・特長 デジタイザM2p.59xx-x4(16ビット)と アナログ信号 M4i.44xx-x8(16/14ビット)とそれぞれの DIオプション 図1 プロセッサー制御機器 ・物理層の信号計測(アナログ信号計測)とプロトコル層の信 号計測(ロジックアナライザのイメージ)を同期データ収集。 アナログ信号の分解能の最高ビットをデジタル信号に割り当 てる事により、同期計測を実現。 ・SBench6-Proを用いる事により、アナログ信号とデジタル信号 を同一画面上に、同期しての表示が可能 図2 SBench6による デジタル/アナログの同期信号計測例 <タービンブレードの振動評価試験> digitizerNETBOX PC 概要 SBench6 タービンブレードの振動計測では、画像による計測などが行わ れているが、ここでは、歪ゲージをセンサとして振動計測を行 う例を示します。高温対応の歪ゲージをブレードに貼付し、ス リップリング等で伝達する方法です。 シグナル コンディショナ 一方、制御部からの制御信号等のデジタル信号も同時に測定 振 振 振 F/V する必要があります。digitizerNETBOXを用いて、8チャネルの 動 動 … … 動 計 計 計 アナログ入力と、最大11チャネルのデジタル入力の同時多点 制御信号 測定が可能です。 回転パルス信号 ・振動:歪ゲージからスリップリングを介して シグナルコンディ 歪ゲージ等 ショナで電圧値に変換 ・回転パルス:デジタル信号 ・制御信号:デジタル信号 制御部 タービン 主な仕様・特長 図1. タービンの振動評価装置 digitizerNETBOX DN2.591-08 -Dig アナログ入力:8チャネル, 16ビット, 2.5 MHz, 5 MS/s, 1 x 512 Msamples デジタル入力:11チャネル SBench6 プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格 図2. SBench6によるアナログ・デジタル信号 納他を行うことが出来るツール 同期測定例
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<任意波形発生器とデジタイザの連携> 概要 PCからのプログラミング、付属のGUI "SBench6"からの設定により、AWGから任意のアナログ波形を生成し、 測定対象に印加することができます。 また、デジタイザから取得した実際の波形を、AWGから再生したり、さらにパソコンで加工、処理した波形を出 力することもできます。 “SBench6”:プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格納他を行うことが出来る。・ AWG 制御 アナログ波形出力 波形データ転送 パソコン 1 ~ 8 channel 波形データ作成、 DUT 16 bit 加工、制御。制御 実験、測定 応答 デジタイザ PCのソフトウエア制御 検査対象 ハードウエア同期 解析、加工 制御 アナログ波形入力 取得データ転送 1 ~ 8 channel 16 bit <高速演算例の紹介 SCAPP> SCAPP (Spectrum’s Cuda Access Parallel Processing) PCIe Gen2 x8 測定波形と FFT演算 転送速度(3GB/s) 応用例 リアルタイム処理(高速処理)要求への対応 デジタイザ 測定波形 (Lidar、FFT、フィルタリング、平均化処理等の演算) (M4i, M4X, M2p) CPU (通常の処理) 特長 デジタイザで測定したデータをCUDA ドライバ の環境下で直接GPUに送り、GPUでの オプション 演算結果をCPUに送る事により、 リアルタイム処理に対応可能。 Data (GPUの処理能力は、CPUの数百倍以上) Remote DMAにより データを直接GPUへ 演算結果をCPUへ FFT *CUDA:半導体メーカーNVIDIA社が提供する GPU GPUコンピューティング向けの統合開発環境。プ (Graphic Processing Unit) ログラム記述、コンパイラ、ライブラリ、デバッガな どから構成されており、C言語によるプログラミン グの経験があれば扱いやすくなっています。 OS環境:LINUX、Windows
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<hybridNETBOXの適用イメージ> 任意波形発生器とデジタイザの連携 hybridNETBOXの詳細な説明とその応用例へのリンク 概要 PCからのプログラミング、付属のGUI "SBench6"からの設定により、hybridNETBOXのAWGから任意のアナログ波 形を生成し、測定対象に印加することができます。 また、 hybridNETBOXのデジタイザから取得した実際の波形を、AWGから再生したり、さらにパソコンで加工、処理 した波形を出力することもできます。 “SBench6”:プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格納他を行うことが出来る。・ 制御 パソコン アナログ波形出力 波形データ転送 波形データ作成、 1 ~ 8 channel 加工、制御、制御 16 bit PCのソフトウエア制御 DUT ハードウエア同期 応答 実験、測定 検査対象 解析、加工 取得データ転送 アナログ波形入力 16 bit 1 ~ 8 channel
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スペクトラム社の製品は、 世界中の研究機関で活躍しています CERN(欧州原子核研究機構)にて、スペクトラム 社のデジタイザが140台以上使用されています。 https://spectrum-instrumentation.com/en/over-140-spectrum-instrumentation-digitizers-cern 2.シュツットガルト大学 シュツットガルト大学にて、スペクトラム 社のAWG(任意波形発生器)が、NMRの研究に 使用されています。 https://spectrum-instrumentation.com/en/spectrums-awg-controls-physics-experiments-single-atoms-stuttgart-university 東京大学・物性研究所、国際超強磁場科学研究 施設にて、スペクトラム社のデジタイザ(多チャ ンネルのdigitizerNETBOX)が使用されています。 https://spectrum-instrumentation.com/en/spectrums-digitizer-key-worlds-highest-indoor-magnetic-field-university-tokyo
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4.インスブルック大学 4.インスブルック大学 インスブルック大学にて、スペクトラム社のAWG (任意波形発生器)が、その使いやすさで採用され ています。 https://spectrum-instrumentation.com/en/awg-precise-enough-quantum-research DESY(ドイツ電子シンクロトロン)にて、15年以上前 に納入したスペクトラム社のデジタイザが現在も活躍 しています。 また、LINIAC(直線加速器)の性能向上に伴い、デジ タイザの一部が、スペクトラム社の最新モデルにアッ プデートされています。 https://spectrum-instrumentation.com/en/15-year-old-spectrum-digitizer-cards-still-playing-vital-role-desy
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ご依頼先 株式会社エレクトロニカIMT事業部 〒252-0233 神奈川県相模原市中央区鹿沼台2ー11ー1ー504 Tel, FAX 050-3498-9423 https://www.imt-elk.com/ https://spectrum-instrumentation.com/en