Программный контроль времени запаздывания начала измерения относительно внешнего сигнала

В спектрометр ах AvaSpec, построенных на базе платформы USB2, реализована новая возможность задания времени запаздывания начала измерения относительно момента вспышки источника излучения или импульса лазера. Таким образом, можно установить время запаздывания старта измерения относительно внешнего сигнала.

Описание программного контроля времени запаздывания начала измерения относительно внешнего сигнала дано на примере лазерной атомно-эмиссионной спектрометрии анализа элементного состава (LIBS).

4.9 Лазерная атомно-эмиссионная спектрометрия анализа элементного состава – Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

В случае спектрометр ов, построенных на базе платформы USB2, начало измерения может быть отложено во времени относительно события вспышки источника излучения или импульса лазер а. Иначе говоря, возможно установить время запаздывания старта измерения относительно внешнего сигнала. Это свойство может использоваться для лазерной атомно-эмиссионной спектрометрии анализа элементного состава (LIBS).

Программируемая задержка: от –21 наносекунд до +89 секунд с шагом 21 нс, фазовое дрожание = 0. Часть эмиссии плазмы во временном интервале задержки не включается в интеграционное время измерения.

При измерениях с использованием технологии LIBS свет лазер а не должен быть включен в измерительный цикл. Таким образом, измерительный цикл начинается с запрограммированной пользователем временной задержкой после вспышки лазер а.

Существуют два способа реализации измерений по технологии LIBS:

Спектрометр AvaSpec контролирует расчет времени для лазер а. В данном режиме спектрометр посылает выходной TTL-сигнал для включения вспышки лазер а и временная задержка начала измерения синхронизируется с этим выходным сигналом.

Расчет времени контролируется со стороны лазер а или внешнего генератора импульса и синхронизируется со спектрометр ом AvaSpec путем запуска спектрометра в режиме внешнего триггера. В этом случае спектрометр принимает входящий TTL-сигнал от лазера или одновременно с лазер ом от внешнего источника импульса. Временная задержка начала измерения синхронизируется с этим входящим сигналом.

Преимущества использования выходного TTL-сигнала со стороны спектрометр а для включения вспышки лазер а:

Отсутствует разброс и рассогласованность между выходным TTL-сигналом и началом измерения. Выходной сигнал и начало измерительного цикла синхронизируются с использованием 48 МГц FPGA часов в спектрометр е. Однако, если существует значительная рассогласованность между получением лазер ом TTL-сигнала от спектрометр а и включением импульса лазер а, нет никакого преимущества в нулевом уровне флуктуаций сигнала в спектрометр е. Если расчет времени контролируется со стороны лазер а, временной сдвиг между асинхронным внешним триггер ным сигналом и началом времени измерения составляет 21 нс.

Задержка времени начала измерения может быть установлена очень короткой и даже иметь отрицательное значение (в этом случае интеграционное время измерения начнется до того, как произойдет вспышка лазер а). Если расчет времени контролируется со стороны лазер а или генератора импульсов, то будет установлена минимальная задержка начала измерения, величина которой зависит от типа спектрометр а: минимальная задержка составляет 0.28 мкс для AvaSpec-3648-USB2 и 1.28 мкс для AvaSpec-2048-USB2.

Техническое обеспечение и настройки, а также другие установки описаны в разделе 4.9.1. После установки приложения LIBS (раздел 4.9.2), можно осуществить определенное пользователем число измерений.

4.9.1 Установки LIBS

Диалог установок LIBS появится после клика курсором опции меню:

“Application – LIBS – Settings”. Могут быть введены следующие установки:

Пункт “Hardware Setup” (Установки Технического обеспечения) относятся к двум вариантам реализации измерений по технологии LIBS, как описано ранее.

“General Settings” (Основные Настройки) включают:

Number of Measurements (Число Измерений). Одно измерение включает сканирование столько раз, сколько указано в NrOfAverage (Число Усреднений). Значение параметра Усреднение выставляется в поле редактирования главного окна. Например, если указано 10 измерений с установленным параметром усреднений равным 16, всего будет произведено 160 сканирований.

Фиксированная/Переменная задержка начала интеграционного времени измерения. Если выбрано “Use Variable Integration time Delay” (Использовать Переменную Задержку начала измерения), необходимо обозначить величины задержки для первого и последнего измерений. Величины временной задержки при измерениях между первым и последним измерениями будут интерполированы линейным образом. Оставьте поле “Use Variable Integration time Delay” не отмеченным, чтобы проводить измерения с фиксированным значением времени задержки и введите значение фиксированной задержки времени перед началом измерения.

AutoSave Spectra. Если этот пункт установлен, спектральная информация будут сохраняться после каждого измерения и может быть показана впоследствии через пункт меню “File-Display Saved Graph”.

Disable Graphical Output (Отменить Графический Вывод) для увеличения скорости измерений. Вывод графической информации занимает много времени, особенно если используется короткое интегральное время измерения, таким образом, если требуется проводить высокоскоростные измерения, выберите этот пункт для измерений без обновления графической информации.

Установки LIBS в нижней части окна диалога, как показано на рисунке, используются только в том случае, если выходной TTL-сигнал на ножке 23 применяется для отправки триггерного сигнала на лазер.

Параметр Pulse Width (величина импульса) определяет продолжительность импульса в микросекундах для выходного TTL-сигнала на ножке 23.

При использовании выходного TTL-сигнала на ножке 23 существует три варианта начала и контроля последовательности измерений:

Контроль со стороны программного обеспечения

Последовательность измерения должна полностью контролироваться со стороны программного обеспечения, если спектрометр не установлен в режиме внешнего триггер а (не выбрано “Setup – Options – External Trigger Setting” ) и отмечен флаг в установках LIBS рядом с “In Hardware Trigger Mode, perform one SingleScan. ”. Частота выходного TTL-сигнала на ножке 23 определяется значением параметра “Time Between Scans [ms]” (Время Между Сканированиями в мс).

Запуск последовательности измерений происходит при нажатии на кнопку Start в диалоговом меню LIBS, как описано в разделе 4.9.2.

Начало первого сканирования по сигналу внешнего триггера, все последующие сканирования контролируются в программном режиме

Последовательность измерений в этом случае устанавливается так, что первое сканирование стартует после передачи внешнего триггерного сигнала на ножку 6 спектрометр а. В этом случае, все последующие сканирования запускаются программным способом, используя параметр “Time Between Scans [ms]” для определения выходного TTL-сигнала на ножке 23. Для использования этого режима измерений, установите внешний триггерный режим (“Setup – Options – External Trigger Setting”) и выберете в установках LIBS пункт “In Hardware Trigger Mode, perform one SingleScan. ”.

Запуск последовательности измерений происходит при нажатии на кнопку Start в диалоговом меню LIBS, как описано в разделе 4.9.2, сразу после подачи внешнего триггерного сигнала на ножку 6 спектрометр а.

Начало каждого сканирования по сигналу внешнего триггера, при необходимости используя параметр задержки импульса лазер а

Если в установках LIBS выбран пункт “In Hardware Trigger Mode, perform one SingleScan. ”, спектрометр установлен в режиме ожидания внешнего триггерного сигнала и требуется один входящий сигнал на ножку 6 спектрометра для начала одного сканирования. Таким образом, требуется NrOfMeasurement*NrOfAverage (произведение числа измерений на число усреднений) сигналов от внешнего триггер а для завершения всей последовательности измерения. При использовании этого режима параметр “Time Between scans [ms]” становиться ненужным, поскольку частота сканирований будет определяться частотой триггерных импульсов, полученных на ножке 6 спектрометр а.

При использовании этого режима может быть определен параметр “LaserDelay [μs]” (Задержка Лазера в мкс). Параметр LaserDelay определяет время в микросекундах между получением внешнего триггерного сигнала на ножке 6 спектрометр а и передачи сигнала на ножку 23 для включения импульса лазер а.

4.9.2 Включение и запуск приложения

Запуск приложения LIBS происходит при нажатии на пункт меню “Application – LIBS – Settings”. Открывается окно диалога LIBS Progress в правой части экрана. Кнопки в окне диалога имеют ту же функциональность, что и в главном окне. Доступ к главному окну в ходе выполнения измерений LIBS невозможен.

После нажатия кнопки Start в окне диалога запускается процесс измерения в режиме LIBS. Если контроль расчета времени выполняется спектрометр ом, спектрометр посылает выходной TTL-сигнал на ножку 23 для запуска лазер а и запускает измерение, используя определенную временную задержку после каждого TTL-сигнала.

Если расчет времени контролируется со стороны лазер а или внешнего генератора импульсов, спектрометр ожидает внешнего триггерного импульса и начинает измерение после получения внешнего триггерного сигнала с временной задержкой перед началом сканирований, величина которой определяется пользователем. В этом случае, спектрометр будет ожидать нового внешнего триггерного импульса для каждого последующего измерения.

После каждого сканирования обновляется значение “Performed Nr of Average” (Выполненное число усреднений), а после выполнения числа сканирований, равного указанному числу усреднений, обновляются значения “Performed Nr of Measurements” (Выполненное число измерений) и вывод графической информации о спектре.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎