Отчет о научно-исследовательской работе
Скачать 397.41 Kb.
|
8. Испытание нового варианта оптического детектора установки Тунка-133 Оптический детектор установки Тунка-133 состоит из цилиндрического контейнера диаметром 500 мм, закрываемого крышкой. Угловая чувствительность будет определяться лишь затемнением ФЭУ краем окна.  Рисунок 8.1 − Оптический детектор установки Тунка-133. Затемнение начинается при зенитных углах более 30 градусов и уменьшает импульс в два раза при зенитных углах больших 45 градусов. Фотография рабочего варианта детектора приведена на рисунке 8.1. Внутри контейнера размещены: фотоумножитель EMI 9350, на панели которого смонтированы высоковольтный блок питания, делитель и предусилители анодного и динодного импульсов, источник питания, преобразующий поступающее на вход переменное напряжение 36 В, в напряжения, необходимые для работы электроники и электродвигателя, контроллер управления, светодиод для амплитудной и временной калибровок и спираль подогрева входного окна. Входное окно из оргстекла подогревается, чтобы избежать образования инея.  Рисунок 8.2 − Первый вариант механизма открывания крышки оптического детектора с цепным редуктором. Важным элементом оптического детектора является механизм для дистанционного открывания и закрывания крышки. При разработке этого механизма приходилось учитывать, что он должны работать зимой при температурах до -45°. Это сильно ограничивало выбор подходящих электроприводов. Существенным фактором также является стоимость изделия. Для экспериментальных образцов оптических детекторов выбраны два типа электроприводов, использующихся в автомобилях ВАЗ, а именно, электроприводы для стеклоподъемников и стеклоочистителей. Такие приводы успешно работают в условиях сибирской зимы, достаточно надежны и выносливы относительно различных перегрузок, дешевы и доступны, поскольку выпускаются крупными партиями. В настоящее время разработаны, изготовлены и испытаны опытные образцы механизмов открытия и закрытия крышек, на основе обоих электроприводов. Вариант подъемного механизма на основе двигателей от автомобильных стеклоочистителей показан на рисунке 8.2. Двигатель снабжен двухступенчатым редуктором, изготовленным из велосипедных звездочек и цепей. Все исходные детали, примененные в этой конструкции, дешевые и доступные, однако конструкция в целом получается сложной в изготовлении и несколько громоздкой. Рама для крепления механизма требует слишком много металла.  Рисунок 8.3 − Новый вариант подъемного механизма крышки оптического детектора. В 2007 г в мастерских НИИПФ ИГУ разработан новый вариант механики открывания и закрывания крышки на основе использования мотор-редуктора для стеклоподъемника ЭСП-КМ-01-11. Этот вариант показан на рисунке 8.3. Конструкция получается существенно проще, компактнее и дешевле в изготовлении, чем предыдущий вариант с цепным редуктором. Испытание работы первого варианта механизмов дистанционного управления крышками проводилось в течение зимы 2006 – 2007 гг на семи детекторах первого кластера установки Тунка-133. Механизмы проработали без отказов более 150 часов. 9. Разработка и тестирование отдельных узлов электронной системы сбора данных установки Тунка-133. Общая блок-схема системы сбора данных представлена на рисунке 9.1. В центре сбора данных установлен крейт, в котором расположены платы связи с кластерами и система привязки к мировому времени. На каждой плате сбора данных установлен 1 канал стандартного сетевого интерфейса на 100 Мбит и пять оптических каналов связи, что обеспечивает связь со всеми кластерами. Данные сохраняются в персональный компьютер, который с использованием стандартного свитча соединяется со всеми платами сбора данных. Каждая плата сбора данных имеет свой IP адрес. Поток данных со всех кластеров при условии, что частота локальных триггеров будет составлять 1Гц, составляет 1 Мбайт/с. Таким образом, стандартное (100 Мбит/с) сетевое решение обеспечивает необходимую скорость передачи данных.  Рисунок 9.1 − Блок-схема электроники сбора данных с установки Тунка-133. Каждый кластер соединён с центром установки с помощью специального кабеля, состоящего из 4 медных жил (с помощью которых в кластер передаётся питание) и 4-х оптоволоконных линий. В штатном режиме две оптические линии используются для взаимодействия центра и кластера. Связь по оптическому кабелю осуществляется с использованием протокола физического уровня Ethernet на 1 Гбит, что обеспечивает как передачу данных, так и синхронизацию всех кластеров установки. Одна из плат сбора данных является ведущей и раздаёт всем остальным тактовый сигнал 100 МГц, таким образом, мы имеем 4 платы с фиксированной фазой тактового сигнала. Взаимодействие центра сбора данных с каждым кластером осуществляется так, что каждый кластер по сигналам из центра (передающихся по оптической линии) восстанавливает тактовый сигнал и данные. Следовательно, каждый кластер тактируется одним тактовым генератором, установленным в центре сбора данных в ведущей плате. При этом мы добиваемся того, что, будучи однократно синхронизованными, часы во всех кластерах идут синхронно. Следовательно, мы получаем синхронную работу всех кластеров установки. Проведенная экспериментальная проверка показала, что точность временной синхронизации равна 10 нс, вне зависимости от длины оптического кабеля соединяющего кластер с центром сбора. Восстановленный тактовый сигнал в каждом кластере передаётся четырём платам FADC в виде 25 МГц, который затем умножается каждой платой до 200МГц и тактирует каждую микросхему АЦП. Таким образом осуществляется синхронная оцифровка сигналов в пределах одного кластера. Для тестирования работы детекторов и обеспечения возможности совместной работы Тунки-133 с другими детекторами, в центре сбора данных имеется выход триггерного сигнала. Программным способом можно выбрать, триггерный сигнал какого кластера выводится на этот выход. Блок-схема электроники кластера приведена на рисунке 9.2. Кластерный блок сбора данных конструктивно состоит из 6 плат: четыре платы FADC, плата управления кластером и плата управления оптическими детекторами. Взаимодействие между платами осуществляется через магистраль VME. Отдельным узлом в кластерную электронику входит контроллер холодного включения. В его задачу входит управление тепловым режимом контейнера, в котором размещается электроника. Плата FADC состоит из 4 каналов АЦП, позволяющих оцифровать сигнал с частотой 200 миллионов выборок в секунду и с разрешением 12 бит. АЦП работает в режиме постоянной оцифровки входного сигнала. Данные с каждого АЦП сохраняются в своём циклическом буфере на 1024 отсчёта. На каждом канале для уменьшения мёртвого времени используется два циклических буфера. После прихода триггерного сигнала циклический буфер останавливается, при этом в памяти удерживается 512 отсчётов до прихода «триггера» и 512 отсчётов после. Для каждого оптического детектора используется два канала АЦП: анодный и динодный сигналы. На каждом анодном сигнале установлен цифровой дискриминатор, который вырабатывает сигнал «запрос» в триггерный модуль кластера в случае превышения порога. Для получения дополнительной информации о работе оптического детектора, на каждом анодном канале установлен амплитудный анализатор, осуществляющий автоматический набор гистограммы.  Рисунок 9. 2 − Блок-схема электроники кластера. Модуль управления кластером объединяет несколько функциональных узлов: узел синхронизации часов, триггерный модуль кластера, часы локального времени и узел связи с центром сбора данных. Сигналы «запрос» с дискриминаторов анодных сигналов поступают в триггерный модуль кластера, который вырабатывает сигнал «триггер» (т.е. считается, что произошло событие) в случае, если в течение 1 микросекунды пришло более 3-х запросов. Этот сигнал также поступает в узел часов локального времени, который сохраняет время события. Как только произошло событие в одном из кластеров, в его триггерном модуле выставляется соответствующий бит и в оптическую линию сразу же передаётся специальный сигнал, который детектируется центром сбора данных. Узел связи с центром обеспечивает связь по оптическому каналу и реализует протокол обмена данными с платами кластера через магистраль VME. Модуль синхронизации выполняет синхронизацию локальных часов с часами центра. Синхронизация времени проходит в 2 этапа. На первом этапе происходит остановка и сброс локального времени в нулевое значение (или заранее предустановленное. Затем на каждый кластер одновременно раздаётся команда на запуск локальных часов. На втором этапе с помощью специальной процедуры определяется время, необходимое прохождение команды запуска через все узлы электроники и оптический кабель. Такая процедура выполняется для каждого кластера отдельно. Таким образом, мы вычисляем задержку, с которой произошёл пуск часов в каждом кластере. Для вычисления точного времени события по часам центра, из локального времени кластера, вычитаем найденную задержку. Была проведена экспериментальная проверка правильности определения времени события с использованием двух кластеров. На каждый кластер подавался сигнал с одного генератора, после чего восстанавливалось время события. Модуль управления оптическими детекторами осуществляет взаимодействие с контроллерами оптического детектора с использованием интерфейса RS-485. Также он вырабатывает импульс запуска светодиода в каждый оптический детектор, что используется для калибровки и проверки работоспособности детекторов. Электроника оптического детектора состоит из нескольких узлов: ФЭУ, высоковольтный источник, делитель и усилители, светодиодный драйвер и контроллер оптического детектора (рисунок 9.3 ). Для питания электроники в оптический детектор поступает переменное напряжение 36В 50Гц, которое стабилизируется и преобразуется в нужные напряжения на плате контроллера оптического детектора (ОД).  Рисунок 9.3 − Электроника оптического детектора. Контроллер ОД позволяет управлять напряжением высоковольтного источника и яркостью светодиода, управлять крышкой детектора и измерять ток ФЭУ. Усилители анодного и динодного сигнала обеспечивают необходимый динамический диапазон. Отношение анодного сигнала к динодному равняется 30. Заключение Таким образом, полностью выполнены работы, предусмотренные техническим заданием и календарным планом по первому этапу Государственного контракта. Для черенковской установки Тунка-133 была протестирована совместная работа двух крейтов электроники кластеров, связанных с центром сбора данных длинными оптоволоконными линиями. Показано, что точность синхронизации таймеров кластеров равна 10 нс. Разработана и изготовлена триггерная система для автономной работы водного черенковского детектора. Проведена разметка положений размещения контейнеров для электроники кластеров и начаты работы по развертыванию кабелей оптоволоконной системы сбора данных установки Тунка-133. Восстановлена, разрушенная ураганом в мае 2007 года крыша дома, где расположена система сбора данных установки Тунка-133. Проведена обработка экспериментальных данных, полученных при эксплуатации черенковских установок на полигоне в Тора в зимний период 2006-2007 годов. Выбрана оптимальная геометрия нейтронного детектора. Разработана конструкция мюонного телескопа. Разработана конструкция измерителя электростатического поля применительно к установке ШАЛ МГУ. Руководитель работы профессор М.И. Панасюк 22 июня 2007 г. М.П. Список использованных источников 1. V.S. Ptuskin and V.N. Zirakashvili, Astron. Astroph. 403, 1, 2003. 2. R. Aloisio, V. Bererzinsky et.al., Astropart. Phys., 27, 76, 2007. 3. F. Di Piero et al., Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.), 165, 289, 2007. 4. A. Achterberg et al., Astropart. Phys., 26, 155, 2006. 5. N.M. Budnev et al., Proc 29th ICRC Pune, 8, 255, 2005, astro-ph/0511229. 6. D. Chernov et al., Int. Journal of Modern Physics A20, 6796, 2005, astro-ph/0411218. 7. S.V. Bryanski et al., Proc. 24th ICRC Rome, 2, 724, 1995. 8. N.M. Budnev et al., Proc. 27th ICRC Hamburg, 1, 581, 2001. 9. D. Chernov et al., Int. Journal of Modern Physics A20, 6799, 2005, astro-ph/0411139. 10. O.A. Gress et al., Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 75A , 299, 1999. 11. E.E. Korosteleva et al. and EAS-TOP Collaboration, Proc. 29th ICRC Pune, 6, 253, 2005, astro-ph/0511220. 1. Bamba, A., Yamazaki, R., Ueno, M., \& Koyama, K., 2003, ApJ, 589, 827 2. Bamba, A., Yamazaki, R., \& Hiraga, J.S., 2005, ApJ, 632, 294 3. Gotthelf, E.V., Halpem, J.P., Camilo, F. et al. 2001, ApJ, 552,L125 4. Hwang, U., Decourchelle, A., Holt, S.S., \& Petre, R., 2002, ApJ, 581, L101 5. Vink, J., \& Laming, J.M., 2003, ApJ, 584, 758 6. Bell, A.R., 2004, MNRAS, 353, 550 7. Pen, U.L., Arras, P., \& Wong, S.K., 2003, ApJSS, 149, 447 8. Fermi E 1949, Phys. Rev. Let. 75, 1169 9. Крымский Г Ф 1977, ДАН СССР 234, 1306 10. Бережко Е Г, Елшин В К, Ксенофонтов Л Т, 1996, ЖЭТФ 109, 3 11. Bell A R, Lucek S G, 2001, Month. Not. Royal Astron. Soc. 321, 433 12. Ptuskin V S, Zirakashvili V N, 2003, Astron. Astrophys. 403, 1 13. Ptuskin V S, Zirakashvili V N, 2005, Astron. Astrophys. 429, 755 14. Hörandel J R Astropart. Phys., 2003, 19, 193 15. Свешникова Л Г Письма Астрон. Ж., 2004, 30, 47 |
Похожие:
 | Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской... | | Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005... |
 | Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,... | | Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «определение доступности... Ключевые слова: отчет, научно-исследовательская работа, заключительный отчет, кинопоказ, доступность, качество, цифровые технологии,... | | Отчет по научно-исследовательской работе студентов экономического факультета за 2012-2013 г Научно-исследовательская работа студентов является действенным средством повышения качества подготовки специалистов и проводится... |
| Отчет о научно-исследовательской работе Двухфакторная многокритериальная методика аттестации научно-педагогических работников спбгу на основе показателей эффективности их... | | Отчет о научно-исследовательской работе фгоу впо «Кемеровский гсхи» Ключевые слова: наука, инновации, инновационный потенциал, инновационный проект, финансирование научно-исследовательской работы,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе за 2011 год Основные научные направления (по которым факультет осуществляет научно-исследовательскую деятельность) | | Отчет о научно-исследовательской работе Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений |
| Отчет о научно-исследовательской работе Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений | | Отчет о научной исследовательской работе студентов (магистрантов) Института Организация научно-исследовательской деятельности студентов и их участие в научных исследованиях и разработках в 2012 году |
| Отчет о научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе Методические указания по выполнению контрольной работы одобрены на заседании Научно-методического совета взфэи | | Отчет о научно-исследовательской работе «научно-методическое сопровождение выполнения обязательств российской федерации по охране всемирного культурного и природного наследия... |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
