Anleitung zum Spektren-Analyse-Programm ANALYS ============================================== Ausdrucken dieser Anleitung auf der VAX mit $PRINT EX_HELP:ANAHLP.TXT, wenn Sie auf Ihrem Experiment-Account eingelogged sind. Das ANALYS Programm erlaubt einfache Auswertungen von Spektren, die im Strahlenzentrums-Standard vorliegen. Zur Zeit steht ein Displayprogramm, eine lineare Energieeichung sowie ein Peakintegrationsprogramm zur Ver- fuegung. Das Programm ANALYS laeuft auf der PDP11. Es koennen sowohl Spek- tren, die auf der VAX gespeichert sind als auch solche, die gerade gemessen werden und sich im Arbeitsspeicher der PDP befinden, bearbeitet werden. Spektren von der VAX werden vor der Bearbeitung vollstaendig in die PDP geladen. Falls dies aus Platzgruenden nicht moeglich ist, erfolgt ein Abbruch mit Fehlermeldung. Die Hard- und Software Voraussetzungen sind: PDP11/23 VT240 Terminal RSX11S PDP11 Betriebssystem VAX als DECNET-host-Rechner Die Spektren muessen dem Strahlenzentrumsstandard entsprechen d.h.: Die Spektren sind in 512 byte Records segmentiert, mit dem Header im ersten Record. Der Header enthaelt am Anfang einen standardisierten Teil und an- schliessend noch eine Reihe weiterer Daten (z.B. Lifetime-, Realtime-Zaehler usw.). Die Kanaele des Spektrums sind als INTEGER*4 deklariert, d.h. jeder Kanal kann ca. 10**10 Ereignisse aufnehmen. Ein Record enthaelt 128 Kanaele. Der Verschnitt am Ende des Spektrums ist mit Nullen aufgefuellt. Bildschirmanzeigen ------------------ In der obersten Zeile wird an erster Stelle der Name des Programmes darge- stellt. Dann folgt der Name des Spektrums und am Ende der Zeile eine detail- lierte Statusanzeige in hexadezimaler Form von folgender Bedeutung: STATUS of spectrum (hexadecimal) 0001 Spectrum created on disk 0002 Spectrum saved on disk 0004 Spectrum created in memory 0008 Spectrum loaded in memory 0010 Experiment online 0020 Autonomous stop of experiment 0040 Test run 0100 Experiment failure 0200 Wrong typ of spectrum 0400 Error reading header of spectrum 0800 Error reading spectrum file 1000 Header loaded 8000 Take spectrum from memory (else from disk) Die zweite Zeile dient der Ausgabe von Fehlermeldungen (blinkend), sowie Informationen ueber die augenblicklichen Aktivitaeten des Programmes. Bedienung des Programmes ------------------------ Das Programm ist weitgehend selbsterklaerend. Die notwendigen Eingaben werden zum Teil in Dialogform angefordert. Bei Parametereingaben werden im allge- meinen Vorbelegungswerte in Klammer ausgegeben, die mit der RETURN-Taste uebernommen werden koennen. Ein anderer Teil der Eingaben ist als Kommandos zu geben. Die zur Verfuegung stehenden Kommandos sind mit ^H (Control H) in den einzelnen Programmteilen abzufragen. +++ Einstiegsebene EXIT Verlassen des Programmes. SHOW HEADER Zeigt die wichtigsten Daten des Headers, der jedem Spektrum beigefuegt ist. Es werden jedoch nur die standardisierten Daten dargestellt: Name des Experimentes. Name des Programmes, von dem das Spektrum erzeugt wurde. Name des Spektrums. Titelzeile Laenge des Spektrums. Anzahl der Bytes/Kanal. Startzeit und -datum. Stopzeit und -datum. Die Darstellung des Headers kann mit der Return-taste beendet werden. ANALYSE Einstieg in die Spektrenanalyse mit Displayprogramm, linearer Energieeichung und Peakintegrationsprogramm (s.u.). PRINT Steht noch nicht zur Verfuegung. SET FILE NAME Eingabe eines Datei- (File) Namens fuer das Spektrum. Dieses muss ein bereits existierendes Spektrum sein. Es kann sich auf der VAX befinden, dann muss die Angabe des Filenamens im VAX File Format erfolgen. Die Eingabe erfolgt getrennt fuer device:[directory] und filename. Die device:[directory] Eingaben werden, falls noetig, ergaenzt: Eingabe Resultat dir EX_DATA:[dir] [dir] EX_DATA:[dir] dev:[dir] dev:[dir] node::[dir] node::[dir] node::dev:[dir] node::dev:[dir] Falls nur die Directory angegeben wird, wird diese ergaenzt durch den logischen Device-Namen 'EX_DATA:'. Falls sich das Spektrum bereits im Arbeitsspeicher der PDP befindet, ist keine Angabe eines Filenamens notwendig. SUSPEND Mit diesem Aufruf wird das ANALYS-Programm suspendiert d.h. es wird gestoppt, bleibt jedoch im Speicher. Durch das Kommando RES ANALYS kann es sehr schnell wieder zum Leben erweckt werden. Falls es durch ein Messprogramm gestartet wurde, erfolgt nach dem SUSPEND eine Rueckkehr zu diesem, und bei einem erneuten Start wird von dem Mess- programm ein RESUME durchgefuehrt. Wird bei suspendiertem ANALYS das Mess- programm gestoppt, so erfolgt ein Abbruch von ANALYS mittels ABORT. Die aktuellen Parameter von ANALYS gehen dabei verloren. HELP Kopiert diesen Help-file auf den Bildschirm. +++ Spektrenanalyse =================== Die Spektrenanalyse bietet zur Zeit ein Displayprogramm, eine lineare Energieeichung und ein Peakintegrationsprogramm. Achtung: Bei Cursoreingaben Blockiert gelegentlich das VT240. Die Blockade kann ueber das Terminal-'Set-Up' mit 'Clear Comm' behoben werden. Achtung: Das Positionieren des Cursors ist zum Teil um einen Bildschirmrasterpunkt ungenau (am Rande auch mehr). Achtung: Falls die Spektrenanalyse auf eine laufende Messung erfolgt, darf es nicht verwundern, wenn man bei jeder Integration ein neues Ergebnis erhaelt, auch wenn der Bildschirm immer das gleiche Bild zeigt, weil die Darstellung nicht erneuert wurde! *** Displayprogramm --------------------- Nach dem Einstieg in die Analyseebene wird zuerst das Displayprogramm akti- viert. Es ist in seiner Funktion eng verwandt mit jenen in den Messprogrammen. Es stellt das Spektrum in graphischer Form auf dem Bildschirm dar. Die Ausgabe erfolgt im Tektronix 4010 Modus. Gesteuert wird es durch Kommandos, die in der Regel aus einem Zeichen bestehen: Funktionen: ^Z Exit -Rueckkehr in die Einstiegsebene. ^E Energy calibration -Einstieg in die Energieeichung. ^I Peak integration -Einstieg in die Peakintegration. ^H Help -Auflisten der moeglichen Kommandos. Display Kommandos: R Shift right -schiebt das Spektrum um 20% nach rechts. L Shift left -dito nach links. E Expand X -Dehnen der X-Achse um den Faktor 2. C Compress X -dito Stauchen. U Up Y -Dehnen der Y-Achse um den Faktor 2. D Down Y -dito Stauchen. SP Repeat display -gleiche Darstellung wiederholen (SP=Leertaste). N Normalize Y -Normieren des Y-Massstabes mit dem maximalen Y Wert. F Full spectrum -Darstellung des ganzen Spektrums. A All spectra of matrix-Darstellung aller Spektren einer Matrix I Input -numerische Eingabe der Darstellungsparameter. OFFSET= Nullpunktsverschiebung LENGTH= Laenge des dargestellten Ausschnitts 1... Number of spectrum, end with SPACE -Auswahl eines Spektrums einer Matrix durch Angabe seiner Nummer 1,2.... Falls eine Matrix eine zweistellige Anzahl Spektren besitzt, ist eine einstellige Nummer als 0N oder N Leertaste einzugeben. Display modes: V Vectors -Darstellung durch Vektoren. P Points -Darstellung durch Punkte. H Histogram -wird eines Tages vielleicht auch verwirklicht. S Statistic errors -dito. B Base line on/off -Ein- und Ausblenden der Nulllinie. T Text on/off -Ein- und Ausblenden der Textangaben ueber Bildausschnitt und Maximum. Kanaele und Spektren Zaehlen von 1. Alle Kommandos koennen waehrend des laufenden Bildaufbaus gegeben werden. Dieser wird dadurch unterbrochen und das neue Kommando aus- gefuehrt. Beim ersten Start des Display-Programmes wird das erste (oder einzige) Spektrum einer Matrix in Y normiert dargestellt. *** Lineare Energieeichung --------------------------- Die hier angebotene Energieeichung dient lediglich der ungefaehren energe- tischen Einordnung unbekannter Peaks. Sie beschraenkt sich deshalb auf eine lineare Kanal-Energie-Relation. Die Eichung wird durch die Angabe von zwei Kanal/Energie-Paaren festgelegt. Die Kanaele koennen ueber den Cursor eingegeben werden. Nach erfolgter Eichung wird durch Eingabe der Leertaste die aktuelle Cursorposition in die zuge- hoerige Energie umgerechnet und ausgegeben sowie durch einen Marker angezeigt. Ferner wird die Cursorposition und der Kanalinhalt ausgegeben. Da der Cursor auch zwischen zwei Kanaele positioniert werden kann, werden die ausgegebenen Werte durch Interpolation zwischen den beiden benachbarten Kanaelen ermittelt. Bei fehlender Eichung wird die Energie stets mit 0 angegeben. Folgende Kommandos stehen zur Verfuegung: Funktionen: ^H Help -Auflisten der moeglichen Kommandos. ^Z Exit -Rueckkehr in die Einstiegsebene. ^D Display spectrum -Rueckkehr in das Displayprogramm. ^E Energy calibration -Eingabe einer neuen Eichung. ^I Peak integration -Einstieg in die Peakintegration. ^R Refresh display -neuer Bildaufbau (z.B. nach Fehlern). SPACE Cursor input -Uebernahme der Cursorposition zur Energie- bestimmung (SPACE= Leertaste). Ferner alle Displaykommandos (s.o.). *** Peakintegration --------------------- Beim Einstieg in das Peakintegrationsprogramm wird zunaechst die Kanalnummer des zu integrierenden Peaks angefordert. Die Eingabe kann numerisch oder mit ^Z und Leertaste ueber Cursor erfolgen. Nach dem Start wird das Spektrum am Bildschirm neu dargestellt, wobei der Bildausschnitt so gewaehlt wird, dass alle (vorbelegten) Grenzen von Untergrund und Peak zu sehen sind, falls sie nicht ausserhalb des Spektrums liegen. Anschliessend koennen die Grenzen dem Peak angepasst werden. Untergrund- und Peak-Grenzen: Die Grenzen fuer den linken und rechten Untergrund sowie den zu integrier- enden Peak werden interaktiv am Bildschirm gesetzt (s.u.). Obwohl programm- intern mit 6 Grenzen gearbeitet wird, je zwei fuer Untergrund und Peak, stehen am Terminal durch Zusammenlegung der benachbarten Grenzen von Peak und Untergrund nur 4 zur Verfuegung, um die Bedienung zu vereinfachen. Die Grenzen koennen zwischen zwei Kanaele gesetzt werden, was die Zugehoerig- keit zu einem bestimmten Bereich besser erkennen laesst. Der erste Kanal eines Bereichs berechnet sich durch Abrunden und der Addition von 1 zur linken Grenze, waehrend sich der letzte Kanal durch Abrunden der rechten Grenze ergibt. Die Grenzen werden durch Marker am Bildschirm dargestellt. Die Grenzen koennen durchaus in unsinniger Weise gesetzt werden (z.B. bei einer Matrix ueber verschiedene Spektren verteilt), ohne dass das Programm dies monieren wuerde. Es liegt in der Verantwortung des Benutzers dies zu vermeiden. Wird in einer Matrix von einem Spektrum zu einem anderen geschal- tet, so wandern die Grenzen mit zu dem neuen Spektrum. Es ist durchaus moeglich in einen Untergrundbereich keinen Kanal einzuschlies- sen, falls z.B. nur ein einseitiger Untergrund fuer die Auswertung zur Ver- fuegung steht. Achtung: Falls zwei Marker auf dem Bildschirm zusammenfallen, loeschen sie sich aus (sie sind nur im Augenblick des Bildaufbaus kurz zu sehen). Untergrundbestimmung: Der Untergrund wird linear angenaehert. Zur Berechnung der Untergrundgeraden werden zwei verschiedene Verfahren angewendet, die bei unproblematischen Peaks zu etwa gleichen Ergebnissen fuehren. Bei Problemfaellen (nichtlinearer Untergrund, Doppelpeaks usw.) koennen wesentliche Unterschiede auftreten, so dass nur eine Begutachtung der beiden Untergrundgeraden am Bildschirm (mittels ^A) zu brauchbaren Ergebnissen fuehren kann. Fuer den Fall, dass rechter und linker Untergrundbereich jeweils nur aus einem Kanal bestehen, liefern beide Verfahren identische Ergebnisse. Verfahren 1: (Untergrund-Fit) An die Kanaele des linken und rechten Untergrundes zusammen wird eine Gerade gefittet. Hierzu wird ein ungewichteter 'least-squares-fit' verwendet, da ein gewichteter Fit nicht flaechentreu ist, und die Chi-Quadrat-Korrektur (BEV, S248) nur fuer die beteiligten Kanaele, nicht jedoch fuer die Unter- grundflaeche unter dem Peak gueltig ist. Ferner stammen bei Vorliegen eines nahezu horizontalen Untergrundes die Kanalinhalte ohnehin aus der gleichen statistischen Gesamtheit, so dass ein ungewichteter Fit fuer einen solchen Fall eher geeignet ist. Fehlerrechnung Es werden Zwei Fehlerrechnungen durchgefuehrt und der groesste der beiden Fehler fuer weitere Berechnungen verwendet. Fehler 1: Unter der Annahme einer Poisson-Verteilung der beteiligten Kanal- inhalte, wird als Varianz das Mittel der beteiligten Kanalinhalte genommen. Fehler 2: Ueber die Fehlerquadratsumme wird (falls ausreichend Freiheits- grade vorhanden) die tatsaechliche Varianz der beteiligten Kanal- inhalte bestimmt. In beiden Faellen wird anschliessend eine Fehlerfortpflanzung von den Kanae- len zu den Geradenparametern gerechnet. Fehler 1 kommt zum Tragen, wenn ins- besondere bei wenig Freiheitsgraden die Kanaele zufaellig sehr dicht bei der Geraden liegen. Fehler 2 dominiert, wenn der Untergrund durch systematische Abweichungen wie Comptonkanten sich von einer Geraden unterscheidet. Verfahren 2: (Canberra-Untergrund (CAN S.33)) Der rechte und der linke Untergrund werden jeweils getrennt fuer sich in X und Y gemittelt (ungewichtet). Durch die so erhaltenen zwei Punkte wird die Untergrundgerade gelegt. Fehlerrechnung Fuer dieses Verfahren werden ebenfalls zwei Fehler aus rechnerrischer und tatsaechlicher Varianz berechnet und der groesste weiter verwertet. Fehler 1: Unter der Annahme einer Poisson-Verteilung ergibt sich als Varianz fuer linken und rechten Untergrund der jeweilige Mittelwert der Kanalinhalte. Durch Fehlerfortpflanzung werden daraus der Fehler des linken bzw. rechten Untergrundstuetzpunktes berechnet. Die Fehler der Geradenparameter ergeben sich durch Fehlerfortpflanzung aus den Fehlern beider Stuetzpunkte. Fehler 2: Fuer linken und rechten Untergrund getrennt wird die tatsaechliche Varianz durch die Fehlerquadratsumme bezueglich der Untergrundgeraden bestimmt. Dann wird wie bei Fehler 1 verfahren. Berechnung der Peakflaeche: Die Brutto-Peakflaeche wird berechnet durch Aufaddieren aller Kanaele inner- halb der Peakgrenzen. Zur Ermittlung der beiden Netto-Peakflaechen werden die durch die beiden Untergrundgeraden gegebenen Flaechen unter dem Peak abgezogen. Fehlerrechnung Um die Fehlerrechnung zu vereinfachen wurde der Nullpunkt der X-Achse fuer die beiden Untergrundgeraden y=A+Bx in die Mitte des Peakbereiches gelegt. Dann berechnet sich die Untergrundflaeche lediglich aus dem Achsabschnitt A und Korrelationsprobleme zwischen A und B treten bei der Fehlerrechnung nicht auf. Der Fehler der Nettoflaeche ergibt sich dann nach ueblicher Fehlerfortpflanzung zu Wurzel aus der Summe von Bruttoflaeche und dem Fehler- quadrat der Untergrundflaeche. Folgende Kommandos stehen zur Verfuegung: Funktionen: ^H Help -Auflisten der moeglichen Kommandos. ^Z Exit -Rueckkehr in die Einstiegsebene. ^D Display spectrum -Rueckkehr in das Displayprogramm. ^E Energy calibration -Einstieg in die Energieeichung. ^I New peak position -Auswahl eines neuen Peaks zur Integration. ^R Refresh display -neuer Bildaufbau (z.B. nach Fehlern). CR Integrate -Peak integrieren. ^A Show alternate background -Wechsel zwischen den beiden Untergrundgeraden. Der dargestellte Untergrund wird durch * bei der numerischen Ausgabe markiert. ^F Full results on terminal -Alle Integrationsergebnisse werden dargestellt. ^P Print results -Drucken der Ergebnisse auf einem angeschlos- senen Drucker (serieller Ausgang A1) Cursor input and background width: -je nach dem ob der Cursor rechts oder links des Peaks steht, ist der rechte oder linke Markersatz von den folgenden Kommandos be- troffen. Der jeweils peaknaechste Marker wird mit dem Cursor positioniert. Die peak- fernen Marker ueber die Untergrundbreite. + Width +1 -Erhoehen der Untergrundbreite um 1. - Width -1 -Vermindern der Untergrundbreite um 1. W Input of width -Numerische Eingabe der Untergrundbreite. SPACE Same width -Uebernahme der Cursorposition fuer den aktuellen peaknaechsten Marker bei unver- aenderter Breite (SPACE= Leertaste). Ferner alle Displaykommandos (s.o.). Lit: BEV P. R. Bevington; Data Reduction and ... CAN Canberra Katalog 81-82 Am besten einfach alles ausprobieren. Unverstaendliche Zusammen- haenge bitte notieren, ebenso unklare Fehlermeldungen sowie falsche Reaktionen des Programmes. Nur Mut es kann kaum was schief gehen! 02.08.90 K. Huber