計測データ収集量の世界新記録を樹立した大型ヘリカル装置の計測データ集録システム

Author(s):
自然科学研究機構 核融合科学研究所 大型ヘリカル研究部 高温プラズマ物理研究系 - 中西 秀哉氏

Industry:
Research

Products:
Chassis, High-Speed Digitizers

The Challenge:
1.1計測あたり50 ～ 100 信号を収容する多チャネル計測が一般化しているため、同数程度のAD入力が単体のシャーシで行えること。2.実験室利用であるため、デジタイザ構成が柔軟に変更できるモジュラー型で、PC との間は光絶縁がされていること。 3.昨今の計測データの大容量化を意識した、1計測（シャーシ）あたり～ 100 MB/ 秒の実時間（無停止） データ収集と伝送能力があること。

The Solution:
同研究所では、上記の内容を満たすものとして、NI のPXI-MXI-PCI のシステムを導入するに至りました。

開発背景
同研究所で運用している大型ヘリカル装置（LHD） の定常実験本格化に伴い、広帯域実時間データ収集系が必要とされていました。従来から利用しているCAMAC 規格のデジタイザでは、広帯域のデータ伝送性能や高速実時間動作が機能仕様的に難しく、同規格デジタイザの性能限界が表面化したため、新規格のデジタイザ導入が必要となりました。

*CAMAC ・・・Computer Automated Measurement and Control の略で、計算機によるデータ収 集・制御を目的として規格化された高い拡張性と耐実験室環境性能を持つI/O バス。

課題
今回のシステムには、下記の内容が要求されました。

1.1計測あたり50 ～ 100 信号を収容する多チャネル計測が一般化しているため、同数程度のAD入力が単体のシャーシで行えること。

2.実験室利用であるため、デジタイザ構成が柔軟に変更できるモジュラー型で、PC との間は光絶縁がされていること。

3.昨今の計測データの大容量化を意識した、1計測（シャーシ）あたり～ 100 MB/ 秒の実時間（無停止） データ収集と伝送能力があること。

同研究所では、上記の内容を満たすものとして、NI のPXI-MXI-PCI のシステムを導入するに至りました。導入当初は、8スロットのPXI シャーシに、同時サンプリングのモジュール式のデジタイザ7枚とMXI-3 光ファイバインタフェースを挿し、PC と光ファイバ接続（～300m） した広帯域実時間データ収集システムを構築して運用を開始しました。性能値84 MB/ 秒にほぼ近い～ 80 MB/ 秒の広帯域収集系を実現し、複数並列構成で今後の増強にも対応することができます。その後の増強では、チャネル数のより多いNI PXI-6133 を用いたり、画像入力ボードをカウンタボードとセットで用いて、ビデオ画像集録にも対応させています。

今回、50チャネル、80 MB/ 秒の実時間データ収集が可能なシステムを構築したことにより、従来に比べ約2 桁の性能改善を実現し、核融合実験の分野で計測データ収集量の世界新記録を樹立しました。また、コスト面でのメリットも大きく、年々10 計測強の追加導入も続いています。

参考資料：
第22 回プラズマ・核融合学会年会 '05　中西秀哉 他
招待講演 29pB02 「定常実験における超広帯域実時間データ収集」
http://w3.lhd.nifs.ac.jp/Research/20051129_JSPF22/JSPF22-29pB02-rev.pdf

【ナショナルインスツルメンツのPXI について】
PCI eXtensions for Instrumentation の略で、CompactPCI をベースとしたオープン規格の計測・制御用プラットフォーム。PC ボード型のハードウェアモジュールに汎用のPC 技術を組み合わせて使用することで、PC の持つ「低コスト、優れた操作性、柔軟性」といった特長を計測システムに活かすことが可能となる。ユーザのニーズに応じてハードウェアモジュールを組み合わせることができるため、コストパフォーマンスが高く、拡張性・柔軟性に優れている。さらに、優れた同期性能を備え、計測/ テストオートメーション用に設計されたモジュール間での高度な統合も実現可能。
詳細は、次のURL をご覧ください。http://www.ni.com/pxi/ja/

 

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自然科学研究機構 核融合科学研究所 大型ヘリカル研究部 高温プラズマ物理研究系
中西 秀哉氏

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