108位置靈敏型中子探測(cè)器的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)開發(fā)趙東旭Indico課件

位置靈敏型中子探測(cè)器

數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)開發(fā)

趙東旭，章紅宇中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2011.7.7成都位置靈敏型中子探測(cè)器

數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)開發(fā)

趙東旭，章紅宇概要位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器應(yīng)用背景多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)構(gòu)成多絲正比室探測(cè)器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)程序設(shè)計(jì)控制器程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組裝數(shù)據(jù)分析總結(jié)概要位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器應(yīng)用背景散裂中子源散裂中子源是一種先進(jìn)的大型科學(xué)裝置，為眾多學(xué)科前沿領(lǐng)域的研究提供了一種不可替代的研究工具。它所提供的中子散射技術(shù)，是多學(xué)科研究中探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和原子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)有力的手段。它與同步輻射互補(bǔ)又具有獨(dú)特和不可替代的作用。當(dāng)一個(gè)中等能量的質(zhì)子打到重核（鎢、汞等元素）之后會(huì)導(dǎo)致重核的不穩(wěn)定而“蒸發(fā)”出20-30個(gè)中子，這樣重核“裂開”并向各個(gè)方向“發(fā)散”出相當(dāng)多的中子，大大提高了中子的產(chǎn)生效率，按這種原理工作的裝置稱為散裂中子源。3散裂中子源散裂中子源是一種先進(jìn)的大型科學(xué)裝置，為眾多學(xué)科前沿中國(guó)散裂中子源（CSNS）CSNS的建成，將成為發(fā)展中國(guó)家擁有的第一臺(tái)散裂中子源，并進(jìn)入世界四大散裂中子源行列，為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家提供世界一流的中子科學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，以確保中國(guó)在中子科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)地位。中國(guó)散裂中子源（ChinaSpallationNeutronSource,CSNS）由一臺(tái)80MeV負(fù)氫直線加速器、一臺(tái)1.6GeV快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、兩條束流輸運(yùn)線，一個(gè)靶站和多臺(tái)譜儀及相應(yīng)的配套設(shè)施組成。4中國(guó)散裂中子源（CSNS）中國(guó)散裂中子源（ChinaSpaCSNS園區(qū)效果圖5CSNS園區(qū)效果圖5CSNS開工前審批手續(xù)的“四部曲”項(xiàng)目建議書可行性研究報(bào)告初步設(shè)計(jì)報(bào)告開工報(bào)告2011年2月24日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)正式下發(fā)文件，批復(fù)了中國(guó)散裂中子源（CSNS）國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目可行性研究報(bào)告6CSNS開工前審批手續(xù)的“四部曲”6中國(guó)散裂中子源項(xiàng)目一期擬建的三臺(tái)譜儀分別為：高通粉末衍射儀（HIPD）多功能反射儀（MR）小角散射儀（SANS）7中國(guó)散裂中子源項(xiàng)目一期擬建的三臺(tái)譜儀分別為：7CSNSDAQ8CSNSDAQ8位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器多絲正比室(MWPC)探測(cè)器是中國(guó)散裂中子源（CSNS）工程-多功能反射儀中子成像探測(cè)器的主探測(cè)器。多功能反射儀中子成像探測(cè)器多絲正比室探測(cè)器結(jié)構(gòu)和外觀位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器多絲正比室(MWPC)多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)構(gòu)成電子學(xué)（基于VME64X規(guī)范設(shè)計(jì)）前置放大器（PreAmp）校準(zhǔn)刻度與控制插件（MCAC）電荷測(cè)量插件（MQ）扇出插件（Fanout）技術(shù)參數(shù)指標(biāo)有效面積20cm×20cm陽(yáng)極絲距2mm讀出通道200路（X：100，Y：100）MWPC探測(cè)器多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)構(gòu)成電子學(xué)（基于VME64X規(guī)范設(shè)計(jì)）技數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

6UVME64x機(jī)箱

MVME5100控制器（PowerPC體系結(jié)構(gòu)）交換機(jī)上位機(jī)操作系統(tǒng)：控制器：VxWorks上位機(jī)：Windows7軟件開發(fā)環(huán)境：控制器：Tornado2.0上位機(jī)：Visualstudio2010、LabVIEW8.2數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

6UVME64x機(jī)箱多絲正比室探測(cè)器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令和配置信息給VME機(jī)箱控制器支配控制器工作通過(guò)VME機(jī)箱控制器配置電子學(xué)數(shù)據(jù)獲取插件，讀取電子學(xué)采集的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝，將組裝好的數(shù)據(jù)通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔籔C機(jī)在上位PC機(jī)，對(duì)組裝數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲取中子的入射位置信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取的過(guò)程：多絲正比室探測(cè)器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令上位機(jī)程序設(shè)計(jì)上位機(jī)程序流程上位機(jī)程序給控制器依次發(fā)送“LOAD”，“CONF”，“PRER”，“SATR”，“SPTR”，“STOP”，“UNCF”，“UNLD”，“EXIT”命令。上位機(jī)程序收到下位機(jī)程序退出取數(shù)消息后，上位機(jī)程序結(jié)束。上位機(jī)命令及其意義上位機(jī)程序設(shè)計(jì)上位機(jī)程序流程上位機(jī)程序給控制器依次發(fā)送“LO上位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在VisualＣ++中編寫動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)程序，實(shí)現(xiàn)組裝配置信息，發(fā)送配置信息和命令給控制器并網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自控制器的信息，接收和匯集來(lái)自控制器的數(shù)據(jù)，解析和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能；采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言在LabVIEW8.2中編寫上層用戶界面，實(shí)現(xiàn)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，創(chuàng)建、打開文件，將數(shù)據(jù)存文件，關(guān)閉文件，將參數(shù)和調(diào)用返回值進(jìn)行相應(yīng)的傳遞、匯合、選取，以及實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示的功能。上位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在VisualＣ++控制器程序設(shè)計(jì)為了滿足探測(cè)器在放射源實(shí)驗(yàn)和束流實(shí)驗(yàn)中的高事例率、高數(shù)據(jù)量的要求，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)采用了多項(xiàng)技術(shù)提高性能：多線程數(shù)據(jù)環(huán)型緩沖區(qū)有限狀態(tài)機(jī)鏈?zhǔn)綁K傳輸（ChainedBLockTransfer，CBLT）采用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在上位機(jī)的Tornado2.0交叉編譯環(huán)境下編寫和編譯，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到控制器上運(yùn)行?？刂破鞒绦蛟O(shè)計(jì)為了滿足探測(cè)器在放射源實(shí)驗(yàn)和束流實(shí)驗(yàn)中的高事例控制器程序設(shè)計(jì)控制器程序流程控制器程序分為Initialized、Loaded、Configured、Ready、Running、Exited六種狀態(tài)，控制器程序循環(huán)地接收命令并根據(jù)命令和當(dāng)前狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，轉(zhuǎn)向相應(yīng)的狀態(tài)并發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)和動(dòng)作完成情況信息給上位機(jī)?？刂破鳡顟B(tài)及其意義控制器程序設(shè)計(jì)控制器程序流程控制器程序分為I數(shù)據(jù)組裝原始數(shù)據(jù)格式組裝后的數(shù)據(jù)帶有一系列的說(shuō)明信息組裝后的數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)組裝原始數(shù)據(jù)格式組裝后的數(shù)據(jù)帶有一系列的說(shuō)明信息組裝后的數(shù)據(jù)分析陽(yáng)極條讀出條數(shù)據(jù)直方圖X，Y散點(diǎn)圖重心坐標(biāo)能譜圖55Fe5.9keVX射線能量分辨率 ~23%位置分辨 ~378.8μm數(shù)據(jù)分析陽(yáng)極條讀出條數(shù)據(jù)直方圖X，Y散點(diǎn)圖重心坐標(biāo)能譜圖55總結(jié)

高分辨位置靈敏探測(cè)型中子探測(cè)器經(jīng)過(guò)了原型機(jī)測(cè)試、成像測(cè)試和中子源測(cè)試等研發(fā)階段，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)在這些實(shí)驗(yàn)中達(dá)到探測(cè)器的工作要求。在探測(cè)器和電子學(xué)調(diào)試系統(tǒng)、獲得關(guān)鍵性能參數(shù)和優(yōu)化性能等工作中，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)起到了非常重要的作用，給探測(cè)器的最終用戶提供了友好的使用界面?？偨Y(jié)位置靈敏型中子探測(cè)器

數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)開發(fā)

趙東旭，章紅宇中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2011.7.7成都位置靈敏型中子探測(cè)器

數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)開發(fā)

趙東旭，章紅宇概要位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器應(yīng)用背景多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)構(gòu)成多絲正比室探測(cè)器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)程序設(shè)計(jì)控制器程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組裝數(shù)據(jù)分析總結(jié)概要位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器應(yīng)用背景散裂中子源散裂中子源是一種先進(jìn)的大型科學(xué)裝置，為眾多學(xué)科前沿領(lǐng)域的研究提供了一種不可替代的研究工具。它所提供的中子散射技術(shù)，是多學(xué)科研究中探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和原子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)有力的手段。它與同步輻射互補(bǔ)又具有獨(dú)特和不可替代的作用。當(dāng)一個(gè)中等能量的質(zhì)子打到重核（鎢、汞等元素）之后會(huì)導(dǎo)致重核的不穩(wěn)定而“蒸發(fā)”出20-30個(gè)中子，這樣重核“裂開”并向各個(gè)方向“發(fā)散”出相當(dāng)多的中子，大大提高了中子的產(chǎn)生效率，按這種原理工作的裝置稱為散裂中子源。22散裂中子源散裂中子源是一種先進(jìn)的大型科學(xué)裝置，為眾多學(xué)科前沿中國(guó)散裂中子源（CSNS）CSNS的建成，將成為發(fā)展中國(guó)家擁有的第一臺(tái)散裂中子源，并進(jìn)入世界四大散裂中子源行列，為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家提供世界一流的中子科學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，以確保中國(guó)在中子科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)地位。中國(guó)散裂中子源（ChinaSpallationNeutronSource,CSNS）由一臺(tái)80MeV負(fù)氫直線加速器、一臺(tái)1.6GeV快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、兩條束流輸運(yùn)線，一個(gè)靶站和多臺(tái)譜儀及相應(yīng)的配套設(shè)施組成。23中國(guó)散裂中子源（CSNS）中國(guó)散裂中子源（ChinaSpaCSNS園區(qū)效果圖24CSNS園區(qū)效果圖5CSNS開工前審批手續(xù)的“四部曲”項(xiàng)目建議書可行性研究報(bào)告初步設(shè)計(jì)報(bào)告開工報(bào)告2011年2月24日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)正式下發(fā)文件，批復(fù)了中國(guó)散裂中子源（CSNS）國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目可行性研究報(bào)告25CSNS開工前審批手續(xù)的“四部曲”6中國(guó)散裂中子源項(xiàng)目一期擬建的三臺(tái)譜儀分別為：高通粉末衍射儀（HIPD）多功能反射儀（MR）小角散射儀（SANS）26中國(guó)散裂中子源項(xiàng)目一期擬建的三臺(tái)譜儀分別為：7CSNSDAQ27CSNSDAQ8位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器多絲正比室(MWPC)探測(cè)器是中國(guó)散裂中子源（CSNS）工程-多功能反射儀中子成像探測(cè)器的主探測(cè)器。多功能反射儀中子成像探測(cè)器多絲正比室探測(cè)器結(jié)構(gòu)和外觀位置靈敏型中子探測(cè)器-多絲正比室探測(cè)器多絲正比室(MWPC)多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)構(gòu)成電子學(xué)（基于VME64X規(guī)范設(shè)計(jì)）前置放大器（PreAmp）校準(zhǔn)刻度與控制插件（MCAC）電荷測(cè)量插件（MQ）扇出插件（Fanout）技術(shù)參數(shù)指標(biāo)有效面積20cm×20cm陽(yáng)極絲距2mm讀出通道200路（X：100，Y：100）MWPC探測(cè)器多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖多絲正比室探測(cè)器系統(tǒng)構(gòu)成電子學(xué)（基于VME64X規(guī)范設(shè)計(jì)）技數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

6UVME64x機(jī)箱

MVME5100控制器（PowerPC體系結(jié)構(gòu)）交換機(jī)上位機(jī)操作系統(tǒng)：控制器：VxWorks上位機(jī)：Windows7軟件開發(fā)環(huán)境：控制器：Tornado2.0上位機(jī)：Visualstudio2010、LabVIEW8.2數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

6UVME64x機(jī)箱多絲正比室探測(cè)器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令和配置信息給VME機(jī)箱控制器支配控制器工作通過(guò)VME機(jī)箱控制器配置電子學(xué)數(shù)據(jù)獲取插件，讀取電子學(xué)采集的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝，將組裝好的數(shù)據(jù)通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔籔C機(jī)在上位PC機(jī)，對(duì)組裝數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲取中子的入射位置信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取的過(guò)程：多絲正比室探測(cè)器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令上位機(jī)程序設(shè)計(jì)上位機(jī)程序流程上位機(jī)程序給控制器依次發(fā)送“LOAD”，“CONF”，“PRER”，“SATR”，“SPTR”，“STOP”，“UNCF”，“UNLD”，“EXIT”命令。上位機(jī)程序收到下位機(jī)程序退出取數(shù)消息后，上位機(jī)程序結(jié)束。上位機(jī)命令及其意義上位機(jī)程序設(shè)計(jì)上位機(jī)程序流程上位機(jī)程序給控制器依次發(fā)送“LO上位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在VisualＣ++中編寫動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)程序，實(shí)現(xiàn)組裝配置信息，發(fā)送配置信息和命令給控制器并網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自控制器的信息，接收和匯集來(lái)自控制器的數(shù)據(jù)，解析和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能；采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言在LabVIEW8.2中編寫上層用戶界面，實(shí)現(xiàn)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，創(chuàng)建、打開文件，將數(shù)據(jù)存文件，關(guān)閉文件，將參數(shù)和調(diào)用返回值進(jìn)行相應(yīng)的傳遞、匯合、選取，以及實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果顯示的功能。上位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在VisualＣ++控制器程序設(shè)計(jì)為了滿足探測(cè)器在放射源實(shí)驗(yàn)和束流實(shí)驗(yàn)中的高事例率、高數(shù)據(jù)量的要求，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)采用了多項(xiàng)技術(shù)提高性能：多線程數(shù)據(jù)環(huán)型緩沖區(qū)有限狀態(tài)機(jī)鏈?zhǔn)綁K傳輸（ChainedBLockTransfer，CBLT）采用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在上位機(jī)的Tornado2.0交叉編譯環(huán)境下編寫和編譯，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到控制器上運(yùn)行?？刂破鞒绦蛟O(shè)計(jì)為了滿足探測(cè)器在放射源實(shí)驗(yàn)和束流實(shí)驗(yàn)中的高事例控制器程序設(shè)計(jì)控制器程序流程控制器程序分為Initialized、Loaded、Configured、Ready、Running、Exited六種狀態(tài)，控制器程序循環(huán)地接收命令并根據(jù)命令和當(dāng)前狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，轉(zhuǎn)向相應(yīng)的狀態(tài)并發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)和動(dòng)作完成情況信息給上位機(jī)?？刂破鳡顟B(tài)及其意義控制器程序設(shè)計(jì)控制器程序流程控制器程序分為I數(shù)據(jù)組裝原始數(shù)據(jù)格式組裝后的數(shù)據(jù)帶有一系列的說(shuō)明信息組裝后的數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)組裝原始數(shù)