DE112009004684T5

DE112009004684T5 - Datenerfassungssystem für Mehrkanal-Squid-Signal

Info

Publication number: DE112009004684T5
Application number: DE112009004684T
Authority: DE
Inventors: Jin Mok Kim; Yong Ho Lee; Hyuk Chan Kwon; Ki Woong Kim; Kwon Kyu Yu
Original assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Current assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: CN102695962B; CN102695962A; WO2010123183A1; DE112009004684B4; US8565606B2; US20120016612A1; KR20100116422A; KR101012107B1

Abstract

Es werden ein System und Verfahren zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID) bereitgestellt. Das System beinhaltet einen Digitalwandler, der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, verbunden ist, und der ausgebildet ist, ein von der Mehrzahl von Kanälen ausgegebenes Spannungssignal zu empfangen und ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal aufweist, und ein Lichtwellenleiterkabel, durch das das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler übertragen wird.

Description

QUERVERWEIS ZU ZUGEHÖRIGER ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2009-0035111 , eingereicht am 22. April 2009, deren Offenbarung hier in Gänze durch Bezugnahme einbezogen wird.
HINTERGRUND 1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenerfassungssystem, und insbesondere ein System und Verfahren zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (im Folgenden ”SQUID” von ”superconducting quantum interference device”).
2. Stand der Technik
Ein SQUID (supraleitendes Quanten-Interferenz-Gerät) ist ein Gerät, das auf eine kleine Änderung in einem magnetischen Feld aufgrund des Quanten-Interferenz-Effekts des magnetischen Flusses reagieren kann, und das in hochsensitiven Fluxmetern oder biologischen Sensoren für Messungen mittels Magnetokardiografie (im Folgenden ”MCG” von ”magnetocardiography”) und Magnetoenzephalografie (im Folgenden ”MEG” von ”magnetoencephalography”) verwendet wird.
Ein SQUID-Sensor misst ein schwaches magnetisches Feld, und ist in einem Dewar mit flüssigem Helium angeordnet, das in einem magnetisch abgeschirmten Raum (im Folgenden ”MSR” von ”magnetically shielded room”) oder einem gegen Radiofrequenzen abgeschirmten Raum (im Folgenden ”RFSR” von ”radio-frequency shielded room”) platziert ist, um MCG- oder MEG-Messungen an einem menschlichen Körper durchzuführen.
Da ein von dem SQUID-Sensor erkanntes Signal ein schwaches Spannungssignal ist, wird es in einem Fluss-Regelschleifen-Schaltkreis (im Folgenden ”FLL” von ”flux-locked loop”) verstärkt und linearisiert und aus dem abgeschirmten Raum heraus übertragen. Das über Kabel aus dem abgeschirmten Raum herauskommende Signal wird von einem analogen Signalprozessor (ASP) geeignet für eine MCG- oder MEG-Analyse verarbeitet und wird dann zu einer Datenerfassungskarte (im Folgenden ”DAQ-Karte” von ”data acquisition”) übertragen und in einen Computer eingegeben.
1 illustriert ein System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals mittels eines ASPs und einer DAQ-Karte.
Bezugnehmend auf 1 beinhaltet ein System 100 zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals eine SQUID-Sensoreinheit 110, eine FLL-Schaltkreiseinheit 120, Leitungen 130, einen ASP 150, einen Filter 160, DAQ-Karten 170, und einen Computer 180.
Die SQUID-Sensoreinheit 110 ist in einem Dewar mit flüssigem Helium 113 in einem abgeschirmten Raum 190 angeordnet, und 160 SQUID-Sensoren arbeiten darin. Die FLL-Schaltkreiseinheit 120 beinhaltet zehn FLL-Schaltkreismodule 120-1 bis 120-10. Jedes der FLL-Schaltkreismodule 120-1 bis 120-10 beinhaltet 16 FLL-Schaltkreise 121 und eine Ausgabeeinheit 123. Die FLL-Schaltkreise 121 verstärken und linearisieren ein von der SQUID-Sensoreinheit 110 in dem abgeschirmten Raum 190 gemessenes Signal und senden das Signal durch die Ausgabeeinheit 123 zu den Leitungen 130. Die FLL-Schaltkreise 121 sind jeweils mit den SQUID-Sensoren verbunden, und 16 FLL-Schaltkreise 121 bilden ein Modul. Um die 160 SQUID-Sensoren zu betreiben, sind die zehn FLL-Schaltkreismodule 120-1 bis 120-10, von denen jedes 16 Kanäle aufweist, erforderlich. Die erforderliche Anzahl von Leitungen 130 beträgt 170, was der Summe der Anzahl der SQUID-Sensoren und der Anzahl der Masseleitungen der jeweiligen Module gleichkommt.
Der ASP 150 ist in einem abgeschirmten Raum 140 angeordnet, und beinhaltet ein analoges Signalverarbeitungsmodul 151 und eine Gleichspannungsquelle 153. Das analoge Signalverarbeitungsmodul 151 beinhaltet einen Hochpass-Filter 155 (im Folgenden ”HPF” von ”high-pass filter”), einen Spannungsverstärker 156, einen Tiefpass-Filter 157 (im Folgenden ”LPF” von ”low-pass filter”), und einen 60-Hz-Notch-Filter 158 für jeden Kanal. Der ASP 150 empfängt das in der FLL-Schaltkreiseinheit 120 verstärkte und linearisierte Signal durch die Leitungen 130 und verarbeitet das empfangene Signal geeignet für eine MCG- oder MEG-Analyse. Die Gleichspannungsquelle 153 ist in dem abgeschirmten Raum 140 installiert und verhindert einen Eintritt von externem Rauschen.
Das von dem ASP 150 verarbeitete Signal wird über den Filter 160 an die Mehrzahl von DAQ-Karten 170 gesendet. Die DAQ-Karten 170 wandeln das eingegebene analoge Signal in ein digitales Signal und senden das digitale Signal an den Computer 180. Wenn die 160 SQUID-Sensoren betrieben werden, werden zwei DAQ-Karten mit jeweils einem Spannungseingang mit 80 Kanälen oder drei DAQ-Karten mit jeweils einem Spannungseingang mit 64 Kanälen verwendet.
Der Computer 180 speichert das digitale Signal oder gibt ein SQUID-Signal mittels einer Anwendungssoftware aus.
In einem System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals mittels eines ASPs und einer DAQ-Karte sind SQUID-Sensoren mit einem ASP außerhalb eines die SQUID-Sensoren enthaltenden abgeschirmten Raums durch so viele Leitungen verbunden wie die Summe der Anzahl der SQUID-Sensoren und die Anzahl der Masseleitungen. Dies bewirkt einen Eintritt von externem Rauschen in den abgeschirmten Raum, und es ist somit schwierig, akkurate Daten zu erhalten. Außerdem sind die Mehrzahl von Leitungen mit Masseleitungen innerhalb und außerhalb des abgeschirmten Raums kombiniert, um einen Mehrschleifen-Schaltkreis zu bilden, was eine weitere Rauschquelle darstellt.
Weil ein von einer FLL-Schaltkreiseinheit ausgegebenes Signal einen niedrigen Pegel aufweist, bringt ein analoges Signalverarbeitungssystem, das verwendet wird, um nur ein erforderliches Signal zu erhalten, hohe Herstellungskosten und einen erhöhten Installationsplatz mit sich, was eine weitere Rauschquelle darstellt. Außerdem führen DAQ-Karten, die hinzugefügt werden, um die Anzahl der Spannungserfassungskanäle zu erhöhen, dazu, dass Schleifenkreise Rauschen erzeugen. Ferner reduziert sich mit steigender Anzahl verwendeter Kanäle die Abtastzeit eines jeden Kanals.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID) bereitzustellen, das keinen Eintritt von externem Rauschen oder ein Erzeugen von Schleifenkreis-Rauschen, das sich aus einer Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Leitungen und Masseleitungen ergibt, bewirkt, und das keinen analogen Signalprozessor (ASP) erfordert.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals bereit, wobei das System beinhaltet: einen Digitalwandler, der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, verbunden ist, und der ausgebildet ist, ein von der Mehrzahl von Kanälen ausgegebenes Spannungssignal zu empfangen und ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal aufweist; und ein Lichtwellenleiterkabel, durch das das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler überfragen wird.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals bereit, wobei das System beinhaltet: einen Digitalwandler, der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, verbunden ist, und der eine Mehrzahl von Digitalwandlermodulen beinhaltet, die ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal, das eine Information über einen Kanal, von dem ein von der Mehrzahl von Kanälen ausgegebenes Spannungssignal ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal, aufweist, von dem Spannungssignal erzeugen; und so viele Lichtwellenleiterkabel wie die Digitalwandlermodule, wobei die Lichtwellenleiterkabel das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler übertragen.
Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals bereit, wobei das System beinhaltet: einen Digitalwandler, der in einem abgeschirmten Raum, der elektromagnetische Wellen abblockt, angeordnet ist, und der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen, von denen ein Spannungssignal ausgegeben wird, aufweist, verbunden ist, und der ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen ausgegebene Spannungssignal zu empfangen und ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal aufweist; und ein Lichtwellenleiterkabel, durch das das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler aus dem abgeschirmten Raum heraus übertragen wird.
Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-SQUID-Signals bereit, wobei das Verfahren beinhaltet: Erzeugen, von einem von einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, ausgegebenen Spannungssignal, eines seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgeben wird, und eine Information über das Spannungssignal in einem abgeschirmten Raum, der elektromagnetische Wellen abblockt, aufweist; und Übertragen des seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals aus dem abgeschirmten Raum heraus mittels eines Lichtwellenleiterkabels.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das oben erwähnte sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute durch die detailierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:
1 ein System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID) mittels eines analogen Signalprozessors (ASP) und einer Datenerfassungskarte (DAQ-Karte) illustriert;
2 ein Blockschaltbild eines Systems zum Erfassen von Daten eines 160-Kanal-SQUID-Signals gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Blockschaltbild eines Fluss-Regelschleifen(FLL)/Hochpass-Filter(HPF)/Verstarker(AMP)-Schaltkreismoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Blockschaltbild eines Kanal-Spannung-Übertragungsmoduls und eines Wandlermoduls zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 die Erzeugung eines seriellen digitalen Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signals in einem Wandlermodul zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
6 ein Blockschaltbild eines Kanal-Spannung-Empfängermoduls gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 die Erzeugung eines seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals in einem Kanal-Spannung-Empfängermodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
8 ein Blockschaltbild eines Kanal-Spannung-Empfängermoduls und eines Schussseriell-synchronisierten Transfermoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 ist ein Blockschaltbild eines Schuss-seriell-synchronisierten Transfermoduls, einer digitalen Eingabe-/Ausgabe-Karte (im Folgenden ”DIO-Karte” von ”digital input/output”) und eines Computers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
10 eine Zeitaufteilung von zehn Modulen zur Synchronisation in einem Schussseriell-synchronisierten Transfermodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die unten offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedensten Formen implementiert werden. Die folgenden Ausführungsformen werden beschrieben, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung auszuführen und zu praktizieren.
Obwohl die Begriffe erster (erste, erstes), zweiter (zweite, zweites), usw. zur Beschreibung verschiedenster Elemente verwendet werden können, sind diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein erstes Element auch als ein zweites Element bezeichnet werden, und, auf die gleiche Weise, könnte ein zweites Element auch als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne von dem Umfang der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen. Die Bezeichnung „und/oder” beinhaltet jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten, aufgelisteten Elemente.
Wenn auf ein Element als mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” Bezug genommen wird, soll darunter verstanden werden, dass es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu gibt es, wenn auf ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden” oder „direkt gekoppelt” Bezug genommen wird, keine dazwischenliegenden Elemente.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck, besondere Ausführungsformen zu beschreiben, und soll beispielhafte Ausführungsformen nicht einschränken. Die Singularformen „ein”, „eine”, „ein” und „der”, „die”, „das” beinhalten auch die Pluralformen, es sei denn, es ergibt sich aus dem Kontext klar etwas anderes. Es sei weiter verstanden, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „beinhaltet” und/oder „beinhaltend”, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein des/der angegebenen Merkmals, Zahl, Schritts, Operation, Elements, Komponente und/oder Gruppe davon angeben, aber dass sie nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines/einer oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nachstehend beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden. Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen, beziehen sich gleiche Nummern in der Beschreibung der Figuren durchgehend auf gleiche Elemente, und die Beschreibung der gleichen Elemente wird nicht wiederholt.
2 ist ein Blockschaltbild eines Systems 1000 zum Erfassen von Daten eines 160-Kanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 2 beinhaltet das System 100 zum Erfassen von Daten eines 160-Kanal-SQUID-Signals einen abgeschirmten Raum 100, einen SQUID-Sensor 200, einen Digitalwandler 300, Lichtwellenleiterkabel 400, ein Kanal-Spannung-Empfängermodul 500, ein Schuss-seriell-synchronisiertes Transfermodul (im Englischen als ”shot serialsynchronized transfer module” bezeichnet) 600, eine digitale Eingabe-/Ausgabe-Karte (DIO-Karte) 700 und einen Computer 800.
Der SQUID-Sensor 200 weist 160 Kanäle auf und ist in einem Dewar mit flüssigem Helium 210 angeordnet, das in einem abgeschirmten Raum 100 platziert ist, um Messungen mittels Magnetokardiografie (MCG) oder Magnetoenzephalografie (MEG) an einem menschlichen Körper durchzuführen und ein Spannungssignal auszugeben. Der abgeschirmte Raum 100 kann ein magentisch abgeschirmter Raum (MSR) oder ein gegen Radiofrequenzen abgeschirmter Raum (RFSR) sein.
Der Digitalwandler 300 beinhaltet zehn Digitalwandlermodule 300-1 bis 300-10 und wandelt das von dem SQUID-Sensor 200 ausgegebene Spannungssignal in ein serielles digitales Signal, das eine Kanal- und eine Spannungsinformation aufweist.
Jedes der Digitalwandlermodule 300-1 bis 300-10 beinhaltet 16 Fluss-Regelschleifen(FLL)/Hochpass-Filter(HPF)/Verstärker(AMP)-Schaltkreismodule 310, ein Kanal-Spannung-Übertragungsmodul 330 und ein Wandlermodul zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung (im Englischen als ”one-line serial data conversion module” bezeichnet) 350.
Die FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodule 310 verstärken und linearisieren das von dem SQUID-Sensor 200 ausgegebene Spannungssignal und senden das verstärkte und linearisierte Spannungssignal an das Kanal-Spannung-Übertragungsmodul 330. Das Kanal-Spannung-Übertragungsmodul 330 wandelt das verstärkte und linearisierte Spannungssignal in ein serielles digitales Signal, das eine Kanal- und eine Spannungsinformation aufweist. Das Wandlermodul zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung 350 kombiniert das serielle digitale Signal, das eine Kanal- und eine Spannungsinformation aufweist, mit einem Taktsignal, um ein serielles digitales Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen.
Zehn Lichtwellenleiterkabel 400 werden für den 160-Kanal-SQUID-Sensor 200 mit den zehn Digitalwandlermodulen 300-1 bis 300-10 verwendet. Das serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal wird durch die zehn Lichtwellenleiterkabel 400 aus dem abgeschirmten Raum 100 heraus an das Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 übertragen. Hier kann die Anzahl der Lichtwellenleiterkabel 400 der Anzahl der Digitalwandlermodule 300-1 bis 300-10 entsprechen.
Das Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 empfängt das durch die Lichtwellenleiterkabel 400 übertragene serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal, extrahiert das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal und das Taktsignal, und sendet das extrahierte serielle digitale Kanal-Spannung-Signal an das Schuss-seriell-synchronisierte Transfermodul 600.
Das Schuss-seriell-synchronisierte Transfermodul 600 teilt das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal entsprechend der Zeit auf und ordnet die aufgeteilten Signale der Reihe nach an, wodurch es das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal in ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal wandelt. Die DIO-Karte 700 empfängt das parallele digitale Kanal-Spannung-Signal und sendet es an den Computer 800. Die Bezeichnung „Kanal-Spannung” zeigt an, dass beide Teile, eine Kanalinformation und eine Spannungsinformation, enthalten sind.
Der Computer 800 kann eine Anwendungssoftware zum Erfassen von Daten aufweisen. Der Computer 800 empfängt das digitale Kanal-Spannung-Signal und speichert es, oder er extrahiert mittels der Anwendungssoftware separat die Kanalinformation und die Spannungsinformation.
3 ist ein Blockschaltbild eines FLL/HPF/AMP-Schaltkreismoduls gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 3 empfängt der SQUID-Sensor 200 zum Betrieb Strom von dem FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodul 310-1 und sendet ein schwaches Spannungssignal an das FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodul 310-1. Das FLL/HPF/AMP Schaltkreismodul 310-1 beinhaltet ein FLL-Schaltkreismodul 311-1 und ein HPF/AMP-Schaltkreismodul 313-1. Das FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodul 310-1 kann mittels einer Leiterplatte (im Folgenden ”PCB” von ”printed circuit board”) mit dem FLL-Schaltkreismodul 311-1 und dem HPF/AMP-Schaltkreismodul 313-1 darauf hergestellt sein.
Das FLL-Schaltkreismodul 311-1 beinhaltet ein digitales Steuerschnittstellenmodul 311a-1 und linearisiert ein von dem SQUID-Sensor 200 ausgegebenes Spannungssignal. Das FLL-Schaltkreismodul 311-1 kann von einem von einem Computer ausgegebenen Steuersignal gesteuert werden. Das digitale Steuerschnittstellenmodul 311a-1 gibt ein Schaltsteuersignal und ein Spannungssteuersignal aus.
Das HPF/AMP-Schaltkreismodul 313-1 kann einen Operationsverstärker (im Folgenden ”op-amp” von ”operational amplifier”) beinhalten und entfernt einen Gleichspannungsoffset des von dem FLL-Schaltkreismodul 311-1 ausgegebenen Spannungssignals und verstärkt das Spannungssignal. Wenn das HPF/AMP-Schaltkreismodul 313-1 betrieben wird, kann das Ausgabesignal des FLL-Schaltkreismoduls 311-1 durch einen HPF etwa hundertfach verstärkt werden. Das FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodul 310-1 kann dadurch hergestellt sein, dass das HPF/AMP-Schaltkreismodul 313-1 zu einem auf einem PCB installierten FLL-Schaltkreis hinzugefügt wird. Des HPF/AMP-Schaltkreismodul 313-1 kann als ein Teil eines analogen Signalprozessors (ASP) arbeiten, und ein Tiefpass-Filter (LPF) und ein 60-Hz-Notch-Filter können als Software-Filter auf einem Computer ausgebildet sein. Die Hochpass-Frequenz und Verstärkungsrate des HPF/AMP-Schaltkreismoduls 313-1 können entsprechend dem Komponentenwert eines Filter-Schaltkreises bestimmt sein.
4 ist ein Blockschaltbild eines Kanal-Spannung-Übertragungsmoduls und eines Wandlermoduls zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 4 beinhaltet das Kanal-Spannung-Übertragungsmodul 330 einen analogen Schalter 331, einen ersten Analog-zu-Digital-Wandler (im Folgenden ”ADC” von ”analog-to-digital converter”) 332, einen zweiten ADC 333, einen Taktgenerator 334, einen Zähler 335, einen Modul-Identifizierer 336, und einen Parallel-zu-Seriell-Wandler 337, und wandelt ein verstärktes und linearisiertes Spannungssignal in ein serielles digitales Signal, das eine Kanal- und eine Spannungsinformation aufweist.
Der analoge Schalter 331 wählt der Reihe nach 16 Kanäle des SQUID-Sensors 200 aus, und sendet ein von dem ausgewählten Kanal ausgegebenes Spannungssignal abwechselnd an den ersten ADC 332 und an den zweiten ADC 333.
Der erste ADC 332 und der zweite ADC 333 wandeln das von dem ausgewählten Kanal des SQUID-Sensors 200 ausgegebene Spannungssignal in am serielles digitales Signal. Während der erste ADC 332 die Spannung des eingegebenen Spannungssignals liest, wandelt der zweite ADC eine von dem vorherigen Kanal gelesene Spannung in ein digitales Signal. Da ein ADC aus dem ersten ADC 332 und dem zweiten ADC 333 besteht, ist es möglich, die zeit zum Digitalisieren eines Spannungssignals eines jeden Kanals um die Hälfte zu reduzieren.
Der Taktgenerator 334 und der Zähler 335 geben ein Taktsignal und ein Synchronisationssignal zum Betrieb des ersten ADCs 332 und des zweiten ADCs 333 aus, senden das Taktsignal und das Synchronisationssignal an den ersten ADC 332 und an den Zweiten ADC 333, und senden ein 4-Bit-breites paralleles digitales Signal, das ein Betriebssignal für den analogen Schalter ist, welches bewirkt, dass der analoge Schalter 331 einen Kanal auswählt, an den Parallel-zu-Seriell-Wandler 337.
Der Modul-Identifizierer 336 erzeugt ein Modul-Identifizierungssignal, das ein 4-Bit-breites digitales Signal ist, welches die Identifizierung von jeweiligen Digitalwandlermodulen ermöglicht, und sendet es an den Parallel-zu-Seriell-Wandler 337.
Der Parallel-zu-Seriell-Wandler 337 wandelt das Betriebssignal für den analogen Schalter und das Modul-Identifizierungssignal in serielle Signale und kombiniert das gewandelte Betriebssignal für den analogen Schalter und das gewandelte Modul-Identifizierungssignal mit dem von dem ersten ADC 332 und von dem zweiten ADC 333 ausgegebenen seriellen digitalen Signal, wodurch er ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal erzeugt. Wenn der erste ADC 332 und der zweite ADC 333 eine 16-Bit-Auflösung aufweisen, wird ein serielles digitales 24-Bit-Kanal-Spannung-Signal ausgegeben.
Das Wandlermodul zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung 350 beinhaltet einen Verzögerer 351, einen ersten Kurzpuls-Generator 352, einen zweiten Kurzpuls-Generator 353, und ein ODER-Gatter 354, und kombiniert das von dem Kanal-Spannung-Übertragungsmodul 330 ausgegebene serielle digitale Kanal-Spannung-Signal mit dem Taktsignal.
Der Verzögerer 351 synchronisiert das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal mit dem von dem Taktgenerator 334 ausgegebenen Taktsignal.
Der erste Kurzpuls-Generator 352 und der zweite Kurzpuls-Generator 353 geben ein Kurzpuls-Signal aus, das eine Dauer aufweist, die sich entsprechend dem seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signal ändert, und sendet dieses an das ODER-Gatter 354. Mittels des Taktsignals erzeugt der erste Kurzpuls-Generator 352 ein Pulssignal, das eine Dauer von T₀ aufweist, wenn das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal niedrig ist, und ein Pulssignal, das eine Dauer von 2T₀ aufweist, wenn das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal hoch ist.
Das ODER-Gatter 354 kombiniert das entsprechend dem seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signal ausgegebene Kurzpuls-Signal mit dem seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signal, um ein serielles digitales Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen und dieses durch die Lichtwellenleiterkabel 400 aus dem abgeschirmten Raum heraus zu übertragen.
5 illustriert die Erzeugung eines seriellen digitalen Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signals in einem Wandlermodul zum Erzeugen serieller Daten auf einer Leitung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Bezugnehmend auf 5 werden, wenn ein Taktsignal 1120 eingegeben wird während ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal 1110 niedrig ist, Daten mit hohem Pegel an einem D-Flipflop des ersten Kurzpuls-Generators 352 eingegeben, und die Ausgabe wird im Verhältnis zu der Anzahl der NICHT-Gatter hochgehalten und geht dann auf niedrig.
Die Pulsdauer wird entsprechend der Ausgabe des D-Flipflops und der Anzahl der mit dem Löschanschluss verbundenen NICHT-Gatter bestimmt. Wenn allerdings das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 1110 niedrig ist, sind die Daten an dem zweiten Kurzpuls-Generator 353 niedrig, und die Ausgabe reagiert nicht auf das Taktsignal 1120.
Wenn andererseits das Taktsignal 1120 eingegeben wird während das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 1110 hoch ist, werden Daten mit hohem Pegel an dem D-Flipflop des zweiten Kurzpuls-Generators 353 eingegeben, und die Ausgabe wird im Verhältnis zu der Anzahl der NICHT-Gatter hochgehalten und geht dann auf niedrig. Wenn die Anzahl der NICHT-Gatter in dem zweiten Kurzpuls-Generator 353 2N₀ wird, die doppelte Anzahl der NICHT-Gatter des ersten Kurzpuls-Generators 352, N₀, verdoppelt sich die Anspruchpulsdauer. Wenn das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 1110 hoch ist, sind die Daten des ersten Kurzpuls-Generators 352 niedrig, und die Ausgabe bleibt ohne Änderung niedrig.
Die Ausgaben des ersten Kurzpuls-Generators 352 und des zweiten Kurzpuls-Generators 353 werden kombiniert, um einen Puls mit einer Dauer von 2N₀ zu erzeugen, wenn das serielle digitale Kanal-Spannung-Signale 1110 hoch ist, und einen Puls mit einer Dauer von N₀, wenn das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 1110 niedrig ist. Das serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal wird durch die Lichtwellenleiterkabel 400 übertragen und dann als das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 1110 und das Taktsignal 1120 wiedergewonnen.
6 ist ein Blockschaltbild eines Kanal-Spannung-Empfängermoduls gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 6 beinhaltet das Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 einen digitalen Verzögerer 510, einen Multiplexer (MUX) 520, eine Taktrückgewinnungseinheit 530, einen Zähler 540, einen Seriell-zu-Parallel-Wandler 550, und ein UND-Gatter 570.
Das Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 empfängt ein durch die Lichtwellenleiterkabel 400 übertragenes serielles digitales Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal und extrahiert ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal und ein Taktsignal von dem seriellen digitalen Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal. Anschließend sendet das Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 das extrahierte serielle digitale Kurzpuls-Signal an das Schuss-seriellsynchronisierte Transfermodul 600.
Das durch die Lichtwellenleiterkabel 400 übertragene serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal wird über den digitalen Verzögerer 510 und den MUX 520 an die Taktrückgewinnungseinheit 530 gesendet.
Die Taktrückgewinnungseinheit 530 beinhaltet einen Verzögerer 531 und einen Pulsgenerator 533. Wenn das serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal durch den Verzögerer 531 und den Pulsgenerator 533 läuft, erzeugt die Taktrückgewinnungseinheit 530 ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal 1230 und sendet es – nachdem ein rückgewonnenes Taktsignal 1220 erzeugt wurde – an den Seriell-zu-Parallel-Wandler 550. Der Zähler 540 erzeugt ein Ausgabeaktivierungssignal, das bewirkt, dass der Seriell-zu-Parallel-Wandler 550 ein serielles Signal in ein paralleles Signal wandelt, und sendet dieses an den Seriell-zu-Parallel-Wandler 550. Nachstehend bezeichnet ein „serielles Signal” ein „serielles digitales Kanal-Spannung-Signal” und ein „paralleles Signal” bezeichnet ein „paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal”.
Wenn ein serielles digitales 24-Bit-Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal übertragen wird, können der 24-Bit-Zähler 540 und der 24-Bit-Seriell-zu-Parallel-Wandler 550 verwendet werden. Der Seriell-zu-Parallel-Wandler 550 synchronisiert das serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal zu dem Ausgabeaktivierungssignal, wodurch der ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal erzeugt.
Der Parallel-zu-Seriell-Wandler 560 wandelt das parallele digitale Kanal-Spannung-Signal in ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal. Das Taktsignal, das für den Parallel-zu-Seriell-Wandler 560 erforderlich ist, und das Ausgabeaktivierungssignal, das bewirkt, dass ein paralleles Signal in ein serielles Signal gewandelt wird, werden gemeinsam in dem Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 verwendet, und die Module werden miteinander synchronisiert.
Da ein Betriebstaktsignal des Seriell-zu-Parallel-Wandlers 550 und ein Betriebstaktsignal des Parallel-zu-Seriell-Wandlers 560 getrennt arbeiten, kann eine korrekte Information nicht erfasst werden, wenn ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal des Seriell-zu-Parallel-Wandlers 550 geändert wird, während der Parallel-zu-Seriell-Wandler 560 das parallele digitale Kanal-Spannung-Signal liest. Ein Seriellwandlungsstabilisator ist so ausgebildet, dass der Parallel-zu-Seriell-Wandler 560 eine Parallel-zu-Seriell-Wandlung stabil durchführt. Der Seriellwandlungsstabilisator kann den Verzögerer 531, das UND-Gatter 570 und den Zähler 540 beinhalten.
Wenn ein serielles Signal als ein paralleles Signal ausgegeben wird, weil das Ausgabeaktivierungssignal des Seriell-zu-Parallel-Wandlers 550 hoch gehalten wird, und, gleichzeitig, das parallele Signal gelesen wird, weil ein Eingabeaktivierungssignal des Parallel-zu-Seriell-Wandlers 560 hochgehalten wird, gibt das UND-Gatter 570 ein Hoch-Signal aus.
Wenn das Hoch-Signal des UND-Gatters 570 in dem Zähler 580 beantwortet wird, um den MUX 520 zu betreiben, gibt der digitale Verzögerer 510 ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal weiter, dessen erste Verzögerung ausgewählt wurde. Nach der Verzögerung wird das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal an dem Seriell-zu-Parallel-Wandler 550 eingegeben, und ein Ausgabeaktivierungssignal mit einer von einem ersten Ausgabeaktivierungssignal verschiedenen Zeit wird erzeugt, um das serielle Signal in ein paralleles Signal zu wandeln. Wenn das UND-Gatter 570 niedrig wird, weil das Ausgabeaktivierungssignal des Seriell-zu-Parallel-Wandlers 550 und das Eingabeaktivierungssignal des Parallel-zu-Seriell-Wandlers 560 nicht gleichzeitig hoch sind, wird das von dem Seriell-zu-Parallel-Wandler 550 ausgegebene parallele Signal stabil in ein serielles Signal gewandelt. Wenn das mit der ersten Verzögerung weitergegebene serielle digitale Kanal-Spannung-Signal das UND-Gatter 570 nicht niedrig macht, wird das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Zähler 540 gezählt und mit einer zweiten Verzögerung weitergebeben. Das Zählen wird durchgeführt bis das UND-Gatter 570 niedrig wird, und der Seriellwandlungsstabilisator kann ausgebildet sein, ein Maximum von acht Verzögerungen aufzuweisen.
Die Dauer des von dem Seriell-zu-Parallel-Wandler 550 ausgegebenen parallelen Signals wird von dem Kanal-Spannung-Übertragungsmodul 330 bestimmt. Wenn das digitale Kanal-Spannung-Signal 24 Bit aufweist und die Taktfrequenz f_ck-p beträgt, wird eine Dauer T_p zu 24/f_ck-p bestimmt. Es sei angenommen, dass f_ck-p = 5 MHz beträgt und dass T_p = 4,8 μs beträgt. Eine Zeit T_s, in der der Parallel-zu-Seriell-Wandler 560 das parallele Signal liest und es in ein serielles Signal wandelt, wird entsprechend einer Taktzeit f_ck-s und einem Parallelsignalbit, die gemeinsam an dem Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 bereitgestellt werden, bestimmt, oder entsprechend dem Eingabeaktivierungssignal. Wenn ein paralleles 24-Bit-Signal mittels eines Signals f_ck-s = 80 Mhz gelesen wird, beträgt die Wandlungszeit T_s = 24/f_ck-s = 0,3 μs. Der Parallel-zu-Seriell-Wandler 560 wandelt das gleiche parallele digitale Kanal-Spannung-Signal in ein serielles Signal und gibt das serielle Signal 16 mal während der Parallelausgabedauer T_p = 4,8 μs des Seriell-zu-Parallel-Wandlers 550 aus. Das Kanal-Spannung-Empfängermodul 500 kann in einem komplexen programmierbaren Logikbaustein (im Folgenden ”CPLD” von ”complex programmable logic device”) enthalten sein, wodurch Installationsraum gespart wird und eine Erweiterung ermöglicht wird.
7 illustriert die Erzeugung eines seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals in einem Signal-Spannung-Empfängermodul gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 7 wird, wenn ein serielles digitales Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal 1210 durch den Verzögerer 531 und den Pulsgenerator 533 läuft, das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 1230 gemäß dem rückgewonnenen Taktsignal 1220 erzeugt.
Der Verzögerer 531 passt eine Verzögerung mittels in Reihe verbundener Logikgatter an, und der Pulsgenerator 533 erzeugt ein Pulssignal mittels eines D-Flipflops. Wenn ein serielles digitales Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal niedrig ist, ist eine Verzögerung T_d des Verzögerers 531 größer als die Pulsdauer T₀. Wenn, andererseits, das serielle digitale Kurzpuls-Kanal-Spannung-Signal hoch ist, ist die Verzögerung T_d des Verzögerers 531 kleiner als die Pulsdauer 2T₀.
8 ist ein Blockschaltbild eines Kanal-Spannung-Empfängermoduls und eines Schuss-seriell-synchronisierten Transfermoduls gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 8 beinhaltet das Schuss-seriell-synchronisierte Transfermodul 600 einen Seriell-zu-Parallel-Wandler 610-1, einen Parallel-zu-Seriell-Wandler 620-1, einen Modulauswähler 630, einen Taktgenerator/Zähler 640, und einen Seriell-zu-Parallel-Wandler 650.
Der Seriell-zu-Parallel-Wandler 610-1 empfängt ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal von dem Kanal-Spannung-Empfängermodul und wandelt dieses in ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal.
Der Parallel-zu-Seriell-Wandler 620-1 empfängt das parallele digitale Kanal-Spannung-Signal und wandelt es in ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal, und sendet das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal an den Modulauswähler 630.
Der Modulauswähler 630 besteht aus einem digitalen MUX, und die Anzahl der Kanäle wird entsprechend der Anzahl der Kanal-Spannung-Empfängermodule bestimmt. Wenn ein Spannungssignal durch 160 Kanäle empfangen wird, sind zehn Module beinhaltet, und der Modulauswähler 630 besteht demzufolge aus einem 10-Kanal-MUX.
Der Taktgenerator/Zähler 640 erzeugt ein MUX-Auswahl-Signal und sendet es an den Modulauswähler 630. Der Seriell-zu-Parallel-Wandler 650 erzeugt ein synchronisiertes paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal.
9 ist ein Blockschaltbild eines Schuss-seriell-synchronisierten Transfermoduls, einer DIO-Karte, und eines Computers gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 9, wenn der Modulauswähler 630 in dem Schuss-seriell-synchronisierten Transfermodul 600 ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal der Reihe nach empfängt, wandelt der Seriell-zu-Parallel-Wandler 650 dieses in ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal.
Der Taktgenerator 640-3 erzeugt ein Taktsignal und sendet dieses an das Schuss-seriell-synchronisierte Transfermodul 600. Zwei Zähler 640-1 und 640-2 erzeugen ein für den Modulauswähler 630 erforderliches Auswahlsignal.
Wenn das digitale Kanal-Spannung-Signal 24 Bit aufweist, wird das Taktsignal mit dem 24-Bit-Zähler 640-2 als ein Aktivierungssignal verwendet und das Taktsignal mit dem 4-Bit-Zähler 640-1 wird wiederum als ein Auswahlsignal des Modulauswählers 630 verwendet. Das Taktsignal und ein Zählersignal werden gemeinsam an dem Schuss-seriell-synchronisierten Transfermodul 600 bereitgestellt, wodurch die Signale miteinander synchronisiert werden.
Der Modulauswähler 630 teilt das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal entsprechend der Zeit auf, und eines der von jeweiligen Modulen ausgegebenen 16 gleichen seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signale wird über den Modulauswähler 630 an den Seriell-zu-Parallel-Wandler 650 gesendet. Das Schuss-seriell-synchronisierte Transfermodul 600 exklusive des Taktgenerators 640-3 kann in einem CPLD enthalten sein, wodurch sich eine einfache Herstellung ergibt.
Das von dem Schuss-seriell-synchronisierten Transfermodul 600 ausgegebene parallele digitale Kanal-Spannung-Signal wird über eine DIO-Karte an einem Computer eingegeben.
Während das gleiche serielle digitale Kanal-Spannung-Signal 16 mal ausgegeben wird, liest das Schuss-seriell-synchronisierte Transfermodul 600 dieses nur einmal, wandelt es in ein paralleles Signal und empfängt nachfolgend serielle digitale Kanal-Spannung-Signale von anderen Modulen und wandelt diese in parallele Signale. Weil Kanäle von jedem Modul in einer entsprechend der Zeit aufgeteilten Weise gelesen und ausgegeben werden, braucht das Lesen und Wandeln der Signale von 16 Kanälen eines Moduls die gleiche Zeit wie das Lesen von 256 Kanälen von 16 Modulen.
10 illustriert eine Zeitaufteilung von zehn Modulen zur Synchronisation in einem Schuss-seriell-synchronisierten Transfermodul gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 illustriert durch Modulauswähler gelaufene serielle Signale der jeweiligen Module, wenn es zehn Kanal-Spannung-Empfängermodule gibt.
Wenn eine maximale Anzahl von Modulen Nmod 16 beträgt, laufen die jeweiligen Ausgaben der Parallel-zu-Seriell-Wandler der jeweiligen Module durch den 16:1-Modulauswähler 630 einmal während einer Wandlungszeit T_con des ersten ADCs 332 und des zweiten ADCs 333 oder der Dauer T_p des Seriell-zu-Parallel-Wandlers 650. Die Ausgabe der gleichen Parallel-zu-Seriell-Wandler 620 kann durch den 10:1-Modulauswähler 630 einmal oder zweimal während T_p laufen.
Ein digitales Kanal-Spannung-Signal desselben Kanals kann zweimal gesendet werden, aber die digitalen Kanal-Spannung-Signale werden als ein Signal betrachtet, wenn sie von einem Computer mittels einer Anwendungssoftware gelesen werden. Eine in dem Computer installierte DIO-Karte liest ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal, das von dem Schuss-seriell-synchronisierten Transfermodul 600 ausgegeben wurde, auf einmal. Und ein digitales 24-Bit-Kanal-Spannung-Signal wird von einer DIO-Karte mit 24 digitalen Eingabeports empfangen.
Wenn die Taktzeit f_ck-s des Schuss-seriell-synchronisierten Transfermoduls 600 80 MHz beträgt und ein paralleles digitales 24-Bit-Signal gelesen wird, muss eine Eingabefrequenz f_D der 24-Port-DIO-Karte f_ck-s/24 oder mehr betragen. Wenn die Taktzeit f_ck-s des Schuss-seriell-synchronisierten Transfermoduls 600 80 MHz beträgt, muss ein digitales 24-Bit-Signal mit f_D = 80/24 MHz = 3,33 MHz oder mehr gelesen werden.
Eine kanalspezifische Spannung wird von dem an den Computer gesendeten digitalen Kanal-Spannung-Signal mittels einer Anwendungssoftware extrahiert und gespeichert, oder das digitale Kanal-Spannung-Signal wird von einer Signalverarbeitungssoftware verarbeitet.
In der beispielhaften Ausführungsform sind die oben beschriebenen Module getrennt implementiert. Allerdings können einige der Module als ein integriertes Modul implementiert sein, oder jedes kann als mehrere Module implementiert sein.
Oben verwendete genaue Werte sollen nur eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben; die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Werte beschränkt.
All die oben beschriebenen Funktionen können von Prozessoren ausgeführt werden, wie etwa von einem Mikroprozessor, einem Controller, einem Mikrocontroller und einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (im Folgenden ”ASIC” von ”applicationspecific integrated circuit”), basierend auf Software, einem Programmcode, usw., der so codiert ist, dass er diese Funktionen ausführt. Das Design, die Entwicklung und die Implementierung des Codes sind für den Fachmann basierend auf der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
Das oben beschriebene System und Verfahren zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bewirkt keinen Eintritt von externem Rauschen oder ein Erzeugen von Schleifenkreis-Rauschen, das sich aus einer Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Leitungen und Masseleitungen ergibt, und es können demzufolge akkurate Daten erfasst werden. Außerdem vereinfacht die vorliegende Erfindung, weil ein analoger Signalprozessor (ASP) nicht erforderlich ist, den Aufbau, reduziert die Herstellungskosten und verhindert, dass Rauschen von einem Schleifenkreis zwischen einem ASP und einer DAQ-Karte erzeugt wird.
Weil eine DIO-Karte Signale von allen Kanälen empfängt, ist es nicht erforderlich, eine DIO-Karte bis zu 256 Kanälen hinzuzufügen und auch die Abtastzeit zum Messen ist nicht auf bis zu 256 Kanälen reduziert. Weiter haben, weil derselbe Software-Filter für alle Kanäle verwendet wird, die signalverarbeiteten Ausgaben dieselbe Charakteristik, und eine gleichförmige Signalverarbeitung ist sichergestellt.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist des für den Fachmann ersichtlich, das verschiedene Abwandlungen in der Form und in den Details vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 2009-0035111 [0001]

Claims

System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID), umfassend: einen Digitalwandler, der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, verbunden ist, und der ausgebildet ist, ein von der Mehrzahl von Kanälen ausgegebenes Spannungssignal zu empfangen und ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal aufweist; und ein Lichtwellenleiterkabel, durch das das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler übertragen wird.
System nach Anspruch 1, wobei der SQUID-Sensor und der Digitalwandler in einem abgeschirmten Raum, der elektromagnetische Wellen abblockt, angeordnet sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Digitalwandler beinhaltet: ein Fluss-Regelschleifen(FLL)/Hochpass-Filter(HPF)/Verstärker(AMP)-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen des SQUID-Sensors ausgegebene Spannungssignal zu verstärken und zu linearisieren; und ein Kanal-Spannung-Übertragungsmodul, das ausgebildet ist, das verstärkte und linearisierte Spannungssignal in das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal zu wandeln.
System nach Anspruch 3, wobei das FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodul beinhaltet: ein FLL-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen des SQUID-Sensors ausgegebene Spannungssignal zu linearisieren; und ein HPF/AMP-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, einen Gleichspannungsoffset von dem linearisierten Spannungssignal zu entfernen und das Spannungssignal zu verstärken.
System nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Schuss-seriell-synchronisiertes Transfermodul, das ausgebildet ist, das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal entsprechend der Zeit aufzuteilen und die aufgeteilten Signale der Reihe nach in ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal zu wandeln.
System nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend einen Computer, der ausgebildet ist, das parallele digitale Kanal-Spannung-Signal zu speichern oder die Information über den Kanal, durch den das Spannungssignal ausgegeben wird, und die Information über das Spannungssignal von dem parallelen digitalen Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen.
System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID), umfassend: einen Digitalwandler, der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, verbunden ist, und der eine Mehrzahl von Digitalwandlermodulen beinhaltet, die ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal erzeugen, das eine Information über den Kanal, durch den ein Spannungssignal von der Mehrzahl von Kanälen ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal aufweist; und so viele Lichtwellenleiterkabel wie die Digitalwandlermodule, wobei die Lichtwellenleiterkabel das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler übertragen.
System nach Anspruch 7, wobei die Digitalwandlermodule beinhalten: ein Fluss-Regelschleifen(FLL)/Hochpass-Filter(HPF)/Verstärker(AMP)-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen des SQUID-Sensors ausgegebene Spannungssignal zu verstärken und zu linearisieren; und ein Kanal-Spannung-Übertragungsmodul, das ausgebildet ist, das verstärkte und linearisierte Spannungssignal in das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal zu wandeln.
System nach Anspruch 8, wobei das FLL/HPF/AMP-Schaltkreismodul beinhaltet: ein FLL-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen des SQUID-Sensors ausgegebene Spannungssignal zu linearisieren; und ein HPF/AMP-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, einen Gleichspannungsoffset von dem linearisierten Spannungssignal zu entfernen und das Spannungssignal zu verstärken.
System nach Anspruch 8, wobei das Kanal-Spannung-Übertragungsmodul beinhaltet: einen analogen Schalter, der ausgebildet ist, der Reihe nach die Mehrzahl von Kanälen des SQUID-Sensors auszuwählen und abwechselnd ein ausgewähltes Spannungssignal an einen ersten Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) und an einen zweiten ADC zu senden; ein Taktgenerator, der ausgebildet ist, ein erstes paralleles digitales Signal zu erzeugen, das bewirkt, dass der analoge Schalter einen Kanal auswählt; einen Modulidentifizierer, der ausgebildet ist, ein zweites paralleles digitales Signal zu erzeugen, das bewirkt, dass der Digitalwandler die Digitalwandlermodule identifiziert; wobei der erste ADC ausgebildet ist, das ausgewählte Spannungssignal in ein serielles digitales Signal zu wandeln; wobei der zweite ADC ausgebildet ist, ein Spannungssignal des zuvor, gerade vor dem aktuell ausgewählten Kanal, ausgewählten Kanals in ein serielles digitales Signal zu wandeln, während der erste ADC das aktuell ausgewählte Spannungssignal liest; und ein Parallel-zu-Seriell-Wandler, der ausgebildet ist, das erste parallele digitale Signal und das zweite parallele digitale Signal in serielle Signale zu wandeln, und die seriellen digitalen Signale mit den seriellen Signalen zu kombinieren, um das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen.
System nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend am Schuss-seriell-synchronisiertes Transfermodul, das ausgebildet ist, das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal entsprechend der Zeit aufzuteilen und die aufgeteilten Signale der Reihe nach in ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal zu wandeln.
System nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend einen Computer, der ausgebildet ist, das parallele digitale Kanal-Spannung-Signal zu speichern oder die Information über den Kanal, durch den das Spannungssignal ausgegeben wird, und die Information über das Spannungssignal von dem parallelen digitalen Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen.
System zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID), umfassend: einen Digitalwandler, der in einem abgeschirmten Raum, der elektromagnetische Wellen abblockt, angeordnet ist, und der mit einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen, von denen ein Spannungssignal ausgegeben wird, aufweist, verbunden ist, und der ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen ausgegebene Spannungssignal zu empfangen und ein serielles digitales Kanal-Spannung-Signal zu erzeugen, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgegeben wird, und eine Information über das Spannungssignal aufweist; und ein Lichtwellenleiterkabel, durch das das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal von dem Digitalwandler aus dem abgeschirmten Raum heraus übertragen wird.
System nach Anspruch 13, wobei der Digitalwandler beinhaltet: ein Fluss-Regelschleifen(FLL)/Hochpass-Filter(HPF)/Verstärker(AMP)-Schaltkreismodul, das ausgebildet ist, das von der Mehrzahl von Kanälen des SQUID-Sensors ausgegebene Spannungssignal zu verstärken und zu linearisieren; und ein Kanal-Spannung-Übertragungsmodul, das ausgebildet ist, das verstärkte und linearisierte Spannungssignal in das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal zu wandeln.
System nach Anspruch 13, des Weiteren umfassend ein Schuss-seriell-synchronisiertes Transfermodul, das ausgebildet ist, das serielle digitale Kanal-Spannung-Signal entsprechend der Zeit aufzuteilen und die aufgeteilten Signale der Reihe nach in ein paralleles digitales Kanal-Spannung-Signal zu wandeln.
Verfahren zum Erfassen von Daten eines Mehrkanal-Signals von einem supraleitenden Quanten-Interferenz-Gerät (SQUID), umfassend: Erzeugen, von einem von einem SQUID-Sensor, der eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, ausgegebenen Spannungssignal, eines seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals, das eine Information über einen Kanal, von dem das Spannungssignal ausgeben wird, und eine Information über das Spannungssignal in einem abgeschirmten Raum, der elektromagnetische Wellen abblockt, aufweist; und Übertragen des seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals aus dem abgeschirmten Raum heraus mittels eines Lichtwellenleiterkabels.
Verfahren nach Anspruch 16, des Weiteren umfassend Aufteilen des mittels des Lichtwellenleiters aus dem abgeschirmten Raum heraus transportierten seriellen digitalen Kanal-Spannung-Signals entsprechend der Zeit und Wandeln der aufgeteilten Signale der Reihe nach in ein paralleles digitales Signal.