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Acquisition de signaux de haute qualité avec une fidélité de signal exceptionnelle
La spectroscopie rotationnelle permet d'identifier avec précision les molécules constitutives d'un mélange gazeux et d'étudier en temps réel les réactions chimiques dans la chambre d'essai. L'un des défis de cette application est l'exigence d'une plage dynamique très élevée sur le système d'acquisition, en raison de la très large plage d'amplitude des lignes spectrales. Les chercheurs utilisent le moyennage pour étendre la plage dynamique de l'oscilloscope, ce qui impose des exigences de performance à l'oscilloscope pour effectuer des centaines de milliers, voire des millions d'acquisitions le plus rapidement possible.
De nouvelles techniques sont créées en permanence pour étendre l'application de la spectroscopie micro-ondes. Aujourd'hui, les chercheurs se concentrent sur l'analyse des réactions chimiques en temps réel. Tektronix suit les nouvelles fonctionnalités et fonctions de travail sur les oscilloscopes en temps réel afin de répondre à l'évolution de ces besoins.
Découvrez comment :
- Effectuer une acquisition directe de signaux micro-ondes et millimétriques
- Réduire le temps d'acquisition des échantillons statiques grâce à la moyenne matérielle et à la « trame récapitulative »
- Réduire le temps de calcul de la moyenne et de réduction des données disponibles pour l'analyse des réactions chimiques instantanées
- Compenser vos données pour les pertes de chemin de signal et les réflexions
Acquisition directe de signaux micro-ondes et millimétriques
La spectroscopie rotationnelle consiste à transmettre des chirps de micro-ondes ou d'ondes millimétriques à travers un échantillon de gaz, à acquérir le signal reçu à l'aide d'un système d'acquisition de signal à large bande, à convertir les données du domaine temporel en domaine fréquentiel et, enfin, à effectuer une mise en correspondance des modèles entre les données acquises et la composition spectrale théorique de molécules spécifiques, afin d'identifier le contenu réel de l'échantillon de gaz. Tek propose des oscilloscopes en temps réel capables d'acquérir directement des signaux jusqu'à 70 GHz. Ces instruments peuvent permettre d'éliminer les convertisseurs ascendants et descendants, réduisant ainsi un élément d'erreur potentiel et une source de bruit sur le chemin du signal.
Évolution dans le temps des signaux CP-FTmmW du HCN, du HNC et du HCCCN après photodissociation à t = 0 du CH2CHCN obtenu dans le mode de résolution de temporisation affinée du spectromètre. Reproduit (adapté) avec autorisation de l'article « Time-Resolved Kinetic Chirped- Pulse Rotational Spectroscopy in a Room-Temperature Flow Reactor » publié dans le Journal of Physical Chemistry Letters. Copyright 2018 American Chemical Society.
Le moyennage matériel dans le système d'acquisition permet un calcul très rapide, et le mode « Trame récapitulative uniquement » entraîne une réduction importante des données dans le système d'acquisition. Il faut donc moins de temps pour transférer les données de signal de la carte d'acquisition vers la carte mère informatique dans l'oscilloscope. Associées, ces deux fonctionnalités améliorent considérablement le débit d'analyse.
Réduisez le temps d'acquisition des échantillons statiques à l'aide du moyennage matériel et de la fonction de trame récapitulative
La spectroscopie rotationnelle nécessite un important moyennage de signaux pour étendre la plage dynamique du signal acquis. Normalement, ce moyennage entraîne de longs temps d'acquisition, mais la technologie propriétaire, disponible sur tous les oscilloscopes en temps réel hautes ou ultra-hautes performances de Tektronix, utilise le moyennage matériel intégré à la carte d'acquisition pour accélérer la collecte des données.
Le mode « Trame récapitulative uniquement », disponible en standard sur les oscilloscopes Tek, permet au matériel d'acquisition de calculer une moyenne point par point sur toutes les trames et fournit une trame récapitulative avec une plage dynamique étendue et un rapport signal/bruit amélioré. Si seules les données de la trame récapitulative sont requises, un gain de temps considérable est réalisé en réduisant la quantité de données à transférer de la carte d'acquisition de l'oscilloscope au système informatique interne de l'oscilloscope. Au lieu de transférer 1 000 trames, par exemple, il vous suffit de transférer la trame récapitulative, ce qui se traduit par une réduction des données de 1000:1.
Réduire le temps de calcul de la moyenne et de réduction des données disponibles pour l'analyse des réactions chimiques instantanées
L'évolution vers des expériences instantanées, dans le cadre desquelles les chercheurs analysent des réactions chimiques, impose des exigences encore plus strictes en matière de quantité de données collectées par rapport à l'analyse statique d'échantillons. Tektronix a développé le mode « Moyennage orthogonal FastFrame » pour répondre à cette nouvelle exigence. L'oscilloscope crée un ensemble de trames moyennes, issu de l'acquisition de plusieurs ensembles de trames, ce qui réduit considérablement le temps d'acquisition. Une fois le moyennage terminé, il ne reste que l'ensemble de trames moyennes. À nouveau, si 1 000 ensembles de trames ont été acquis et que leur moyenne a été calculée, l'ensemble de trames moyennes qui en résulte représente une réduction de 1000:1 des données à transférer vers la carte PC de l'oscilloscope.
Le moyennage orthogonal FastFrame permet à l'utilisateur d'effectuer un moyennage matériel efficace de plusieurs ensembles de trames dans un seul ensemble de trames moyennes. Par exemple, la moyenne de toutes les « premières trames » acquises point par point est calculée pour produire une « première trame moyenne ». Ce processus est répété pour toutes les autres trames, produisant des données haute résolution qui représentent chaque état séquentiel avec un intervalle de 6 uS seulement entre deux trames.
Le processus de pré-compensation a mesuré l'amplitude et la réponse en phase de l'AWG et du câble coaxial connecté, construit un filtre pour compenser cette réponse, puis effectué la pré-distorsion du signal, afin que la sortie résultante soit plane.
Compenser vos données pour les pertes de chemin de signal et les réflexions
L'acquisition de l'ensemble de données le plus pur sur le plan spectral et le plus précis en matière d'amplitude nécessite de compenser les données acquises à l'aide d'un filtre de correction. Tek propose deux niveaux de solution pour gérer cette compensation.
Lorsque vous utilisez un générateur AWG Tek et un oscilloscope en temps réel Tek, un programme automatisé est disponible pour produire un filtre de pré-distorsion. Ce filtre est ensuite appliqué aux données de signaux AWG d'origine pour produire un signal « pré-distorsion » ou « pré-compensation ». Cette compensation corrige automatiquement les variations d'amplitude et de phase causées par les éléments du système (câbles, convertisseurs ascendants/descendants, antennes, etc.) entre la sortie du générateur AWG et l'entrée de l'oscilloscope. Étant donné que cette technique modifie le signal généré par l'AWG, elle n'a aucun impact sur l'efficacité de l'acquisition.
Il existe un outil de compensation encore plus robuste, appelé analyse de liaison de données série (SDLA). Cet outil produit un filtre qui corrige les variations d'amplitude et de phase, ainsi que les réflexions. L'entrée du SDLA est constituée de données de paramètres S (généralement produites à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel), et la sortie est un filtre FIR qui est automatiquement appliqué aux données de l'oscilloscope à chaque acquisition à l'aide d'une voie mathématique sur l'oscilloscope. Cet outil peut être appliqué à l'ensemble de données final afin de minimiser l'impact sur l'efficacité de l'acquisition.
