Цифровой полихроматор
Система анализа спектра для регистрации и обработки сигналов томсоновского рассеяния (TS) (далее «система») предназначена для лабораторных исследований плазмы методом томсоновского рассеяния с целью регистрации локальных значений температуры и плотности электронов в плазме с подробными временными и временными характеристиками. пространственное разрешение, а также для записи, хранения и обработки полученных данных. Области применения: научные исследования.
Подробное описание
Технические характеристики
| Характеристики | Значения |
| Spectral range λΔ, nm | 1064-920 (may vary on demand) |
| Basic wavelength of the probe laser λ (YAG), nm | 1064 |
| Repetition rate of measured signals, Hz | 100 – 3000 |
| Number of pulses recorded during discharge, pulses/discharge, not more than | 1000 (may vary on demand) |
| Weight of the system (without optical fiber bundles and electrical cables), kg, not more than | 550 |
| Weight of the equipped cubicle, kg, not more than 500 Power consumption, V∙А, not more than | 3800 |
| Power supply | |
| Voltage, V | 220±22 |
| Frequency, Hz | 50±1 |
| Reliability | |
| Mean-Time-To-Failure, h, not less than | 10000 |
| Average service life, y, not less than | 5 |
| Average recovery time, h, not less than | 4 |
| Filter polychromator | |
| Photodetector | Avalanche photodiode (APD) |
| Number of spectral channels | 6 |
| Spectral ranges of the channels, nm | 1060-1055, 1055-1045, 1045-1025, 1025-985, 985-920, 1063-1065, (may vary on demand) |
| Scattering signal digital recorder | |
| Sample rate, GSPS | 5 |
| Resolution, bit | 12 |
| Background radiation digital recorder | |
| Sample rate, KSPS | 10 |
| Resolution, bit | 12 |
| Dimensions (LхWхH), mm, not more than | 88х482х842 |
| Weight, kg, not more than | 23 |
| Number of polychromators in the rack, pcs | 10 (may vary on demand) |
| Power consumption, V∙А, not more than | 100 |
| Synchronization unit | |
| Electrical signal input / output | |
| Voltage | 5 |
| Pulse duration, ns | 50 |
| Laser pulse shape detector | |
| Bandwidth, MHz | 300 |
| Sample rate, GSPS | 5 |
| Resolution, bit | 12 |
| Dimensions (LхWхH), mm, not more than | 88х482х385 |
| Weight, kg, not more than | 7 |
| Power consumption, V∙А, not more than | 35 |
| Data processing and storage unit (industrial PC) | |
| RAM size, Gb | 16 |
| Hard drive space, Tb | 3 |
| Number of hard drives | 4 |
| Cache/boot solid state drive space, Gb | 120 |
| Number of processor cores | 4 |
| Cache size, Mb | 8 |
| CPU, GHz | 2,9 |
| Number of 10-Gigabit network connectors | 2 |
| Dimensions (LхWхH), mm, not more than | 175х482х570 |
| Weight, kg, not more than | 20 |
| Power consumption, V∙А, not more than | 700 |
| Equipment cubicle | |
| Dimensions (LхWхH), mm, not more than | 2145х800х1000 |
| Type | 19-inch rack |
| UPS power consumption, V∙А, not more than | 2000 |
| Weight (without equipment), kg, not more than | 250 |
| Optical trigger unit | |
| Laser attenuation | Combination of light filters and / or attenuator |
| Parameters of attenuated laser radiation | |
| Energy, mJ, not less than | 0,5 |
| Divergence, rad | 2 * 10 -4 |
| Dimensions (LхWхH), mm, not more than | 52х52х167 |
| Weight, kg, not more than | 1 |
#Operating conditions
| Характеристики | Значения |
| Ambient air temperature, °C | 15…28 |
| Ambient pressure, kPa | 19…23 |
| Relative humidity at 21°C, not more than, % | 84,0…106,7 |
| Relative dispersion, nm/mm | 60 |
| Vibrations and shocks | no |
Общие принципы работы
Работа системы основана на анализе электронной компоненты лабораторной плазмы методом томсоновского рассеяния лазерного излучения. Рассеянное лазерное излучение собирается собирающей линзой, на фокальной поверхности которой расположены входные концы жгутов световодов, распределяющих излучение по фильтрующим полихроматорам (далее - «полихроматор»). Каждый полихроматор измеряет температуру и плотность электронов в одной точке пространства. Электронная температура определяется на основе анализа спектра рассеянного излучения. Величина плотности определяется интенсивностью регистрируемых сигналов рассеяния. Регистрация сигналов рассеяния осуществляется по небольшому количеству спектральных каналов (до 6). Каждый спектральный канал оборудован трансимпедансным усилителем с лавинными фотодиодами (APD). Используемый усилитель имеет два выхода: высокочастотный (для измерения сигналов рассеяния) и низкочастотный (для калибровки), способный измерять квазипостоянные сигналы. Сигналы оцифровываются встроенным в полихроматор АЦП.
Перед измерениями систему следует откалибровать. Для диагностики томсоновского рассеяния следует проводить спектральную и абсолютную калибровку. Для определения электронной температуры необходима спектральная калибровка, суть которой заключается в оценке относительной чувствительности спектральных каналов. Для спектральной калибровки используется комплект калибровочного оборудования, поставляемый с системой. Абсолютная калибровка необходима для того, чтобы система анализа спектра для регистрации и обработки сигналов томсоновского рассеяния определяла плотность электронов; его цель - определить коэффициент соответствия между количеством рассеянных фотонов и величиной детектируемого сигнала для каждого спектрометра. Абсолютная калибровка выполняется методом комбинационного рассеяния света.