STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制

　　1、研究背景

 

　　数字延迟脉冲发生器是一种用于控制、协调和管理多个系统组件之间协同工作顺序和时序逻辑的设备。它通过提供统一的时钟信号，并根据系统内各个模块的工作逻辑分别进行精确的时间延迟，从而使各个模块的工作时间同步起来，确保它们在正确的时刻执行相应的操作。

　　在一些大型复杂精密装置中，系统组件可能多达数个甚至数十个，各组件之间协同工作对延迟和同步精度要求高达纳秒甚至皮秒量级，这就对数字延迟脉冲发生器提出了多通道、高延迟精度、低触发抖动的需求。多通道高精度时序同步是一项十分关键的技术，它对于很多瞬态信号的激发产生和精准捕获至关重要。

　　STC810是一款高精度数字延时脉冲发生器，它具有多达8个通道的同步触发输出，各个通道可单独设置延迟和脉宽等参数，时间分辨率和延迟精度高达10ps，通道间抖动小于35ps，特别适合系统内多台设备进行精确同步控制。接下来我们利用STC810作为同步时序控制器，对等离子体射流发生及诊断系统进行触发控制，拍摄瞬态等离子体射流推进过程。

 

　　2、实验测试设备

 

　　在等离子体射流推进过程诊断应用中，需要精确控制等离子体射流的触发时间和像增强型相机的开门曝光时间。本实验利用中智科仪STC810数字延时发生器多通道输出脉冲，分别触发高压脉冲电源、像增强型相机、激光器等设备进行测试，来验证STC810时间同步延迟精度及输出信号波形的抖动等特性。通过改变脉冲电源与像增强相机的固定延时来拍摄不同延迟时间的等离子体图像。借助STC810的高延时精度和低触发抖动，拍摄等离子体射流的动态演化过程。

　　测试内容包括脉冲波形常规测试、激光器稳定触发(包括Flash Pump以及Q-Switch的触发)和等离子体推进动态拍摄。首先，对脉冲波形进行常规测试，确保其符合要求。然后，使用STC810的数字延时功能来触发激光器的稳定触发，包括Flash Pump和Q-Switch的触发。这样可以确保激光器能够准确地在所需的时刻发射激光。最后，通过改变脉冲电源与像增强相机之间的固定延时，可以拍摄到不同延迟时间的等离子体图像。这样就能够观察到等离子体射流的动态演化过程。

　　通过这些测试，我们可以验证STC810的时间同步延迟精度和输出信号波形的抖动等特性。同时，我们还能够观察到等离子体射流的动态演化过程，这对于研究等离子体射流的特性和应用具有重要意义。

　　测试设备：

　　中智科仪STC810数字延时发生器，Quantum Q-Smart 850激光器，Continuum，SURELITE III-10激光器，像增强型相机。

 

　　3、实验流程与结果

 

　　采用STC810数字延时发生器多通道输出脉冲，分别触发激光器、像增强型相机、高压脉冲电源等设备进行测试，具体测试过程及结果如下：

 

　　一、脉冲稳定性测试：

 

　　STC810触发模式可分为InternalCount(INT-CNT，内触发计数模式)、InternalDDS(INT-DDS，内触发DDS模式)、External(外触发模式)、Software(软件触发模式)。当STC810工作在内触发模式时，当触发频率低于1KHz时，INT-CNT模式的频率精度要高于INT-DDS，反之，当触发频率高于1KHz时，INT-DDS有更高的频率精度。考虑到测试所用激光器工作频率为10Hz，因此STC810采用INT-CNT触发模式进行后续实验测试。

　　1)稳定性测试1，STC810参数设置如下：

　　频率10Hz，INT-CNT模式内触发，使用CH1(通道1)和CH2(通道2)分别设置CH1和CH2通道的延迟及时间脉冲宽度，通过示波器观察CH1与CH2波形之间的抖动情况。STC810触屏操作界面的Delay(延迟)和Width(脉宽)参数设置的具体含义如下所示：

　　例如：Delay和Width参数设置分别为：

　　Delay:20ms10us5ns;

　　Width:10ms5us1ns。

　　则实际Delay和Width的参数分别为：

　　Delay实际值=20ms+10us+5ns=2000,000ns+10,000ns+5ns;

　　Width实际值=10ms+5us+1ns=1000,000ns+5,000ns+1ns。

　　基于上述所述，实际CH1和CH2通道的实际测试参数设置如下：

　　CH1:Delay0ns;Width2ms10ns;

　　CH2:Delay0ns;Width2ms30ns。

 

　　STC810触屏操作界面

　　脉冲稳定性测试1

　　脉冲稳定性测试2

 

　　2)稳定性测试2，STC810参数设置如下：

　　频率10 Hz INT-CNT模式内触发;

　　CH1: Delay 0 ns;Width 2ms 30ns;

　　CH2: Delay 2ms 10ns;Width 2ms 30ns。

 

　　脉冲稳定性测试1结果：CH1与CH2下降沿间隔20ns波形清晰无抖动。

　　脉冲稳定性测试2结果：CH1下降沿与CH2上升沿间隔20ns 波形清晰无抖动。

 

　　二、激光器触发测试：

 

　　使用Continuum SURELITE III-10(下降沿触发)激光器，激光频率10 Hz，Flash Pump(CH1)与Q-Switch(CH2)延时稳定在170μs，能量约100 mJ/Shot。

　　CH1和CH2通道的实际测试参数设置如下：

　　CH1：Delay 0 ns;Width 2ms 10ns;

　　CH2：Delay 0 ns;Width 2ms 170μs 10ns。

 

　　激光器触发测试

　　激光器触发实验

　　STC810施加脉冲与激光脉冲时间关系

 

　　结果：激光稳定触发，能量及延时无抖动。另对Quantum Q-Smart 850激光器进行同样测试，激光稳定触发，能量及延时无抖动。

 

　　三、等离子体动态拍摄：

 

　　使用STC810数字脉冲延时脉冲发生器触发像增强型相机与高压脉冲电源，拍摄等离子体动态过程，改变电源与像增强相机的固定延时进行拍摄，且每张照片叠加10次以增强信噪比。

 

　　图6 大气散射强度衰减

 

　　每张照片拍摄时间间隔60ns，像增强相机曝光时间10 ns。

 

　　结果：STC810能够产生稳定的脉冲波形，能够稳定触发像增强相机和高压脉冲电源，能够稳定捕捉等离子体推进过程。

 

　　4、测试结论

 

　　STC810八通道数字延迟脉冲发生器是一款具有高度灵活性和精确性的设备，特别为满足现代科研挑战而设计。这款设备内置了八个独立可控的延迟输出通道，使用户能够根据需要灵活调整延迟、脉冲宽度和频率等参数。此外，STC810还支持分频处理，能够在外部触发模式下实现最短70纳秒的延迟，同时提供低至0.25V的触发阈值。

　　STC810的特性不仅于此，它还兼容上升沿和下降沿触发，同时支持高阻抗和低阻抗匹配，大大增加了其应用范围和适应性。为了进一步提高操作便利性和精准性，STC810配备了中智科仪自主研发的智能软件控制系统。这个系统不仅可以直观地展示设置，还能有效地简化实验操作的复杂性，从而为科研工作提供极大的便利。

　　在实际使用中，STC810表现出色，能够产生稳定的脉冲波形，稳定触发激光器、像增强相机以及高压脉冲电源，同时捕捉到等离子体推进过程。这些特性使得STC810在各类科研领域中都能发挥重要作用，无论是物理、化学还是生物医学等领域，都能得到应用。总的来说，STC810是一款性能优秀、应用广泛的科研工具，值得科研人员信赖和使用。

 

　　5、解决方案

 

　　中智科仪自主研发的STC810八通道数字延迟脉冲发生器是一款专为科研工作者设计的便捷精巧的时钟同步装置。该装置内置八个独立可控的延迟输出通道，允许您灵活调整延迟、脉冲宽度和频率等参数。此外，它还支持分频处理，在外部触发模式下，内置延迟短至70纳秒，支持低至0.25V的触发阈值。STC810还兼容上升沿和下降沿触发，同时支持高阻抗和低阻抗匹配。

　　STC810配备了自主研发的智能软件控制系统，使操作灵敏且精准。该软件不仅能够直观地展示设置，还能有效地简化实验操作的复杂性，为科研工作提供便利。无论是调整延迟，设置脉冲宽度还是频率等参数，STC810都能够在实验过程中发挥出色的作用。