«Настройка и тестирование триггерной системы вето на основе композиционного сцинтилляционного детектора для эксперимента флинт»


Глава 2. Реализация системы питания и программа ее управления



жүктеу 0.68 Mb.
бет3/7
Дата01.05.2019
өлшемі0.68 Mb.
түріРеферат
1   2   3   4   5   6   7
    Навигация по данной странице:
  • Глава 3.

Глава 2.

Реализация системы питания и программа ее управления.


Для реализации индивидуальных напряжений на каждом детекторе системы было решено использовать микросхему, основным элементом управления которой является микроконтроллер фирмы Microchip, который поддерживает промышленный стандарт I2C. С помощью программы управления, находящейся на ПК, посылается код соответствующий напряжению питания на выход COM-порта. Далее микроконтроллер, принимая этот код преобразует его в I2Cкод, затем он передается в ЦАП. Сам ЦАП с помощью которого производится регулировка напряжения устроен таким образом, что в соответствии с кодом полученным уже от микроконтроллера выставляет определенное напряжение на каждом канале. Т.о. осуществляется подача индивидуального напряжения для каждого детектора. Каждый канал обладает минимальным и максимальным значениям напряжения Umin и Umax которые были измерены и занесены в соответствующую таблицу. Т. о. напряжение на каждом канале можно менять в пределах от Umin до Umax с шагом 0,14В. Такая точность вполне обеспечивает выравнивание характеристик диодов по усилению и шумам, что позволяет выровнять детекторы по параметрам счета.

Микроконтроллер обладает способностью хранить записанные в него коды, что позволяет выставлять эти значения напряжений без участия программы управления ПК и обеспечивает работоспособность при ПК. Программа управления ПК была написана под управлением операционной системы Windows на языке высокого уровня С++ и получила название Voltage. Она предназначена для управления системой питания. На данный момент ее основной задачей является хранение данных о кодах и соответствующих напряжениях. Для этого были созданы два файла. Один отвечает текущим значениям, а другой представляет собой файл для калибровки всех возможных значений.

В окна находящиеся под надписью Code записывается код, который в конечным итоге запишется в микроконтроллер в двоичном коде, который нам в принципе не важен при работе системы т.к. оператор записывает код в форме десятичных чисел. Под надписью V располагаются окна отвечающие значению напряжения в милливольтах. Количество окон каждого типа соответствует числу каналов. Надпись слева от окон указывает номер конкретного канала. Программа располагает так же в своем интерфейсе четырьмя кнопками, которые являются основными элементами управления данной программы. При нажатии кнопки «Save» все значения внесенные в окошки главного окна программы записываются в калибровочный файл. В конечном итоге калибровочный файл будет содержать возможные значения кодов и напряжений. Кнопка «Port» позволяет сохранять текущие значения в специально созданный для этого файл. В дальнейшем планируется расширить функции данной кнопки. При нажатии текущие значения будут не только сохранятся, но и отправятся в виде кодов через СОМ-порт в микроконтроллер. Загрузка в рабочую область программы последних значений напряжений и соответствующих кодов производится при нажатии кнопки «Load». Это упрощает работу при постоянном использовании одного и того же набора напряжений. Кнопка «Ок» обеспечивает корректное завершение программы.

Рис.12 Интерфейс программы Voltage

На основе этого был разобран принцип создания и работы высоковольтной системы питания для детектора ВЕТО. Используя созданную базу данных параметров установки стало возможным установить значение кода соответствующему тому или иному напряжению на каждом канале системы, а так же определить точность с которой можно выставлять напряжение. Программа Voltage создана для хранения этих данных и работу с ними позволяет эффективно регулировать напряжение системы детекторов ВЕТО для калориметров на основе свинцового стекла.

В дальнейшем планируется расширить возможности программы Voltage, что позволит использовать ее не только как многофункциональный интерфейс базы данных, но и как полноценную программу управления системы питания. Это позволит регулировать значения кодов микроконтроллеров, а следовательно и напряжение всей системы с помощью ПК.


Глава 3.

Исследование характеристик детекторов ВЕТО установки ФЛИНТ на пучке протонов с импульсами 2,5 ГэВ/c.


Каждый тайл системы представляет собой индивидуальный детектор, поэтому было принято решение о паспортизации каждого из них. Для измерения паспортных параметров каждого детектора были проведены измерения на выведенном пучке протонов 2,5Гэв/с. На рис. 13 изображена схема калибровки системы ВЕТО. В триггере использовались 4 счетчика и 8 детекторов (тайлов), расположенных между пропорциональными камерами. Счетчики 1, 2 и 3 (рис.7) размером 100х100х10 мм3 (тайлы) с присоединенными к ним ФЭУ-30, которые предварительно были отобраны с одинаковой чувствительностью, тестировались при загрузках до 1,5 миллиона частиц за 0,5 сек.

Рис.13. Схема калибровки ВЕТО счетчиков на пучке протонов с импульсом 2,5ГэВ/с.

Между пропорциональными камерами ПК1 и ПК2 размерами 120х120 мм располагались восемь тайлов. Такая система позволяет определить координаты частицы проходящей сквозь детектор с точностью до 100 мкм. Тайлы помещались между этими камерами и затем с них производился съем информации, то есть амплитуды импульса, при этом фиксировалась координата частицы.

Пролетая через все счетчики протоны формируют триггер. Благодаря этому мы знаем, что частица пролетела сквозь всю систему. Соответственно частица должна быть зарегистрирована и тайлом, анализируя сигнал с диода при помощи дискриминатора, определяем пролетел протон через детектор или нет.



Рис. 14. Количество отсчетов детектора от координаты (профиль детектора, рассматриваемая область (границы тайла) от -250 до 180).

Набрав достаточное количество статистики были получены распределения, на основании которых построено распределение зависимости амплитуды импульса от координаты. Профиль такого распределения изображен на рис. 14, на нем можно видеть П-образный профиль детектора (вид сбоку). Для анализа необходимо рассматривать диапазон координат от -300 до +300, что соответствует размерам 120*120мм. В районе 200 можно четко увидеть край детектора.

На рис. 15 изображен тот же профиль, только в ввиде двухмерной гистограммы. Зеленым цветом показан сигнал от тайла в относительных единицах, на рис. четко видно форму камеры, пучка, угол тайла и всю картинку что видит пропорциональная камера. Середина синего профиля является пьедесталом данного спектра. Середина в зеленом спектре.



Рис.15 Цветной профиль тайла

Важной задачей являлось выбор напряжений питания для детектора, для этого строился спектр амплитуды детектора, и определялось положения максимума распределения амплитуд протонов. Затем строилась положения максимума распределения от напряжения питания. На рисунках изображены зависимости для некоторых тайлов. Это необходимо для выбора оптимального значения сигнал/шум. При возрастании напряжения увеличивается среднее значение спектра частиц, но увеличивается и спектр шумов. Поэтому необходимо выбрать такое значение напряжения, при котором среднее значение амплитуды спектра будет максимально, а сигнал шума будет минимальным, при этом учесть, чтобы эффективность регистрации частиц была максимально возможной. Для обработки результатов измерений написана программа в системе ROOT. С помощью этой программы были обработаны полученные экспериментальные результаты, построены спектры распределения амплитуд и выбрана рабочая точка, соответствующая наложенным требованиям.

На рис.16 - 19 представлены зависимости распределения спектра протонов выраженный в отсчетах АЦП от напряжения питания в условных единицах для 4-ех тайлов. Экспериментальные данные получены для всех 64 тайлов. Рабочим напряжением выбиралось напряжение соответствующее среднему значению амплитуде спектра. Например, для 5-ого тайла, рис.16, рабочее напряжение составляет 27 у.е., что соответствует напряжению 32В.



Рис.16 Тайл №5



Рис.17 Тайл №23

Рис.18 Тайл №65



Рис.19 Тайл №31

Получив паспортные данные был проведен монтаж детектора ВЕТО целиком. В соответствии с конструкторским чертежами произведен монтаж всех детекторов в единую конструкцию, проведено подключение к платам электроники, сделана разводка питания электронных плат и детекторов. В связи с тем, что в каждом канале питания детекторов используются компоненты с 5% допуском, то было произведена калибровка всех источников напряжения питания (64шт). Важность данной процедуры заключается в том, что подключение каждого детектора индивидуально и поэтому необходимо проводить калибровку включенных источников питания со всеми подключенными детекторами. Такой режим соответствует штатному режиму всей ВЕТО системы и, проводя предварительные измерения, можно определить токи потребления от всех источников питания и режимы их работы. Для каждого счетчика были проведены замеры напряжения питания при различных загруженных кодах от ПК через микроконтроллер. Эти данные для каждого детектора помещены в таблицы (см. приложение). Измерение проводилось не для всех кодов, а лишь для некоторых. Это возможно потому, что существует разница между двумя каналами в напряжениях Umin и Umax, но внутри диапазона каждый канал линеен, поэтому возможно, используя грубую шкалу напряжения питания выбирать промежуточные значения линейной аппроксимации, что и было сделано.

Результатом работы стала таблица окончательной калибровки, в которой каждому каналу соответствует код, индивидуальный для каждого детектора. Загрузив коды из таблицы, мы считаем, что весь детектор ВЕТО находится в рабочей точке. Вышеприведенная процедура должна повторяться при замене любого из детекторов в случаи поломки.

Следующая процедура, приведение детектора в рабочее состояние, состоит в подборе величины порога дискриминатора. Методика проведения данного исследования такова, установить все напряжения питания, как указано выше для каждого детектора. Затем в каждом канале посредством подстроечного резистора устанавливается порог регистрации, при котором дискриминатор системы зарегистрирует определенное количество шумовых импульсов от диода. Такая процедура проводится для каждого канала детекторов, затем по центру каждого из детекторов располагается коллимированный бета источник Sr90 на расстоянии 100 мм, имитируя тем самом источник заряженных частиц, который будет использован в реальном эксперименте. Схема данной установки на рис.13. Цифровой сигнал от детектора поступает на пересчетное устройство. Количество отчетов, полученное от детекторов при облучении источником занесены в таблицы, находящиеся в приложении. Разброс распределения отчетов должен составлять не более 10%, в противном случаи необходимо заменить детектор. Критерием качества детектора являлось:

1) возможность установить требуемый уровень шумовых отчетов;

2) при использовании источника радиоактивности, наличие требуемого счета,

В случаи выполнения вышеописанных всех условий качества, детектор признается годным к дальнейшей эксплуатации и может быть использован в эксперименте.




Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет