Anleitung zum ASTA-Auswerteprogramm fuer STAT-Spektren ====================================================== Ausdrucken dieser Anleitung auf der VAX mit $PRINT EX_HELP:ASTHLP.TXT, wenn Sie auf Ihrem Experiment-Account eingelogged sind. Das ASTA-Programm dient der Auswertung von Spektren, die mit dem STAT-Mess- programm des GKZ-Experimentes erzeugt wurden. Es erlaubt das Aufeinander- addieren der Einzelspektren der vier Detektoren zu einem fuenften Summen- spektrum und die Auswertung aller fuenf Spektren durch ein dem Programm PEAK gleichwertiges Integrationsprogramm (s.u.). Dem Aufsummieren der vier Detektor- spektren geht eine Kalibrierung vorraus, bei der fuer jedes der Spektren eine lineare Transformation festgelegt wird, um Differenzen in Verstaerkung und Nullpunkt auszugleichen. Um die bekannten Interferenzeffekte zu ver- meiden, die bei der direkten Umrechnung von 'alten' in 'neue' Kanaele ent- stehen koennen, wird ein lineares Interpolationsverfahren benutzt (s.u.). Das Ergebnis (die vier Detektorspektren und das Summenspektrum) kann unter einem neuen File-Namen auf die Platte gerettet werden. Die auszuwertenden STAT-Spektren muessen sich auf der VAX befinden, und der dem Experiment zugeordnete Account muss Zugriffsrechte zu den STAT-Spektren haben: Experiment GKZ Account GKZ File Name [dir]spektr.spe oder disk:[dir]spektr.spe Ablage auf EX_DATA:[dir]spektr.spe bzw. disk:[dir]spektr.spe entpricht DATA$GKZ:[dir]spektr.spe Falls die File-Spezifikation keine 'Node::' oder 'Device:' Angabe enthaelt, so wird die Default Device-Angabe 'EX_DATA:' hinzugefuegt (und auch am Bild- schirm angezeigt). 'EX_DATA:' kann durch den Login-File des Experiment- Accounts auf der VAX als "Logical" umdefiniert werden. Der Default fuer 'EX_DATA:' ist in LOGDEF.COM als DATA$GKZ (die Datenplatte) definiert. Das Programm ASTA hebt seine aktuellen Parameter in dem File EX_PARAM:ASTPAR.DAT auf, um sie bei einem nachfolgenden Start als Default- Werte anbieten zu koennen. Achtung: Die Logicals EX_DATA, EX_PARAM, EX_PROG und EX_HELP sind nur lokal innerhalb eines Experiment-Accounts gueltig. Man muss sich also auf dem richtigen Account einloggen, um sie verwenden zu koennen, z.B. fuer ein $PRINT EX_HELP:ASTHLP.TXT . Im Gegensatz dazu sind die Logicals EX$GKZ und DATA$GKZ global bekannt. Die Messprogramme arbeiten nach dem gleichen Default-Mechanismus. Die Hard- und Software Voraussetzungen sind: PDP11/23 VT240 Terminal RSX11S PDP11 Betriebssystem VAX als DECNET-host-Rechner 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. Exit ASTA Verlassen des Programmes. Suspend ASTA Mit diesem Aufruf wird das ASTA-Programm suspendiert d.h. es wird gestoppt, bleibt jedoch im Speicher. Durch das Kommando RES ASTA 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 ASTA das Mess- programm gestoppt, so erfolgt ein Abbruch von ASTA mittels ABORT. Die aktuellen Parameter von ASTA gehen dabei verloren. Show Header Zeigt die wichtigsten Daten des Headers, der jedem Spektrum beigefuegt ist: Name des Experimentes. Name des Spektrums. Titelzeile Laenge des Spektrums. Startzeit und -datum. Stopzeit und -datum. Die Zeit in Sekunden, waehrend der das Experiment gestartet war (Realtime). Anzahl der Daten, die auf Grund ihrer Datenkennung ausgesondert wurden, weil sie mit dem Experiment in keinem Zusammenhang stehen (Rejected data). Entweder wurde beim Start die Datenkennung falsch angegeben, oder es ist eine zusaetzliche Datenquelle unbeabsichtigt mitgelaufen. Anzahl der Daten, die durch Hardwarefehler oder -stoerungen ver- stuemmelt uebertragen wurden (Data errors). Die um die Totzeit korrigierte Zeit (Realtime - Deadtime), die fuer jeden Detektor zur Datenaufnahme zur Verfuegung stand (Lifetime). Anzahl der von jedem Detektor verarbeiteten Daten (Processed data). Anzahl der Daten, die ausserhalb der Spektrengrenzen lagen und deshalb nicht verarbeitet wurden (Data out of range). Die Darstellung des Headers wird mit der Return-taste beendet. Calibration (s.u.) Dem Aufsummieren der vier Detektorspektren geht eine Kalibrierung vorraus, bei der fuer jedes der Spektren eine lineare Transformation festgelegt wird, um Differenzen in Verstaerkung und Nullpunkt auszugleichen. Auf die gleiche Weise wird die Skalierung fuer das Summenspektrum festgelegt. Die Festlegung der Transformationen erfolgt durch die Angabe von jeweils zwei Punkten (Kanaelen), die wahlweise alphanumerisch oder graphisch eingegeben werden koennen (Umschaltung mit ^Z). Bei einem normalen Verlassen des ASTA-Programmes wird die Kalibrierung gerettet und steht beim naechsten Start wieder zur Verfuegung. Bei schwachen Aktivitaeten ist u.U. eine gute Kalibrierung nicht moeglich. Dann empfiehlt sich die Messung eines Eichspektrums mit geeigneten Praeparaten zur Durchfuehrung der Kalibrierung. Summation (s.u.) Start der Summierung der vier Detektorspektren zu einem fuenften Summen- spektrum mit der gerade aktuellen Kalibrierung. Show Result Einstieg in das Display- und Peak-Integrationsprogramm (s.u.). Nach dem Start erscheint das Summenspektrum in voller Laenge auf dem Bildschirm, es koennen aber auch die vier Detektorspektren ausgewertet werden. Mit ^H (Control H) koennen die zur Verfuegung stehenden Kommandos aufge- listet werden. Save Result Den Originalspektren der vier Detektoren wird das Summenspektrum als fuenftes hinzugefuegt und alles unter einem anzugebenden File-Namen zur VAX gerettet. Falls noch keine Summierung durchgefuehrt wurde, so wird diese vor dem Retten mit der gerade aktuellen Kalibrierung gestartet. Die neue 5*512-Matrix erhaelt als Programmkennung 'ASTA' und ist deshalb nicht mehr vom ASTA-Programm zu bearbeiten (dies verlangt die Kennung STAT). Set file name Eingabe eines Datei- (File) Namens fuer das auszuwertende STAT-Spektrum. Die Angabe des Filenamens muss 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:'. Help Kopiert diesen Help-file auf den Bildschirm. *** Achtung: -------------- Bei Cursoreingaben blockiert gelegentlich das VT240. Die Blockade kann ueber das Terminal-'Set-Up' mit 'Clear Comm' behoben werden. Das Positionieren des Cursors ist zum Teil um einen Bildschirmrasterpunkt ungenau (am Rande auch mehr). *** Calibration ----------------- Bei der graphischen Eingabe stehen folgende Kommandos zur Verfuegung: Funktionen: ^H Help -Auflisten der moeglichen Kommandos. ^Z Exit -Rueckkehr zur alphanumerischen Eingabe. ^R Refresh display -neuer Bildaufbau (z.B. nach Fehlern). SP Refresh display -neuer Bildaufbau (z.B. nach Fehlern). 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. 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 5 Spektren der Matrix I Input -numerische Eingabe der Darstellungsparameter. X-OFFSET= X-Nullpunktsverschiebung LENGTH= Laenge des dargestellten Ausschnitts Y-OFFSET= Y-Nullpunktsverschiebung (s.h. Y) 1...5 Number of spectrum -Auswahl eines Spektrums der Matrix durch Angabe seiner Nummer 1,2....5. Display modes: V Vectors -Darstellung durch Vektoren. P Points -Darstellung durch Punkte. H Histogram -Histogramm-Darstellung S Statistical errors -Fehlerbalken-Darstellung X Lin/Log mode -lineare/logarithmische Darstellung B Base line on/off -Ein- und Ausblenden der Nulllinie. Y Y-offset on/off -Bei Angabe einer Peakposition und bei jeder Y-Normierung (N) wird aus dem kleinsten auf- tretenden Kanalinhalt ein passender Y-offset berechnet, dessen Beruecksichtigung bei der Darstellung durch die Eingabe von Y gesteuert wird. Marker commands: M1,M2 Select marker 1,2 -Die Markerpositionierungseingaben wirken nur auf den gerade aktiven Marker. Mit diesem Kommando wird einer der zwei Marker (von links gezaehlt) zum aktiven Marker erklaert. Achtung, mehrere Marker koennen an der glei- chen Position uebereinanderliegen. M< Select next marker left -Marker links vom aktiven Marker wird zum neuen aktiven Marker. M> Select next marker right -Marker rechts vom aktiven Marker wird zum neuen aktiven Marker. MM Same as M> -Wie M> MSpace Cursor input of marker -Durch M mit nachfolgender Leertaste wird der aktive Marker an die Position des Curser ge- setzt. Er kann dabei jedoch nicht seine be- nachbarten Marker kreuzen, sondern bleibt an deren Position stehen. < Shift current marker left -Links schieben des aktiven Markers, maximal bis zum linken Nachbarn. > Shift current marker right -Rechts schieben des aktiven Markers, maximal bis zum rechten Nachbarn. 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. *** Summation --------------- Um die bekannten Interferenzeffekte zu vermeiden, die bei der direkten Um- rechnung von 'alten' in 'neue' Kanaele entstehen koennen, wird ein lineares Interpolationsverfahren benutzt, bei dem jeder 'alte' Kanal anteilmaessig auf alle in Frage kommenden 'neuen' Kanaele aufgeteilt wird: IAn IAn+1 *-------|---------------|-------* | | INm | | | | * | | | | | | | --------|-------|-------|-------|-------|--------- KAn KNmu KNm KNmo KAn+1 KAn, KAn+1 alte Kanaele n und n+1 transformiert auf neue Einheiten IAn, IAn+1 Inhalte der alten Kanaele n und n+1 KNm neuer Kanal m KNmu, KNmo untere und obere Grenze des Kanals KNm INm Beitrag zu KNm durch die Kanaele KAn und KAn+1. Ist gegeben durch das Trapez, das durch KNmu und KNmo aus der linearen Verbindung von IAn und IAn+1 herausgeschnitten wird. *** 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. Die Eingabe der Peak-Lage wird mit RETURN beendet. Danach erfolgt die numerische Anforderung der Integrations- grenzen wobei die alten Werte als Vorbelegung angeboten werden. Diese Eingabe kann vorzeitig mit ^Z beendet werden. Das Spektrum wird anschliessend so am Bildschirm dargestellt, dass alle Grenzen von Untergrund und Peak zu sehen sind, falls sie nicht ausserhalb des Spektrums liegen (im ^J-Modus bleibt die Laenge des Spektrumausschnittes jedoch unveraendert, auch wenn dabei nicht alle Grenzen im Bild erscheinen). Bildausschnitt und Grenzen koennen danach noch beliebig veraendert werden (Bedienung s.u.). Untergrund- und Peak-Grenzen: Die 6 Grenzen fuer den linken und rechten Untergrund sowie den zu integrier- enden Peak 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 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. 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. ^I New peak position -Auswahl eines neuen Peaks zur Integration. ^R Refresh display -neuer Bildaufbau (z.B. nach Fehlern). SP Refresh display -neuer Bildaufbau (z.B. nach Fehlern). ^F Full results on terminal -Der Peak wird integriert und alle Ergebnisse werden alphanumerisch auf das Terminal aus- gegeben. ^P Print results -Wie ^F jedoch Ausgabe auf einem angeschlos- senen Drucker (serieller Ausgang A1). CR Integrate -Integration und graphische und alphanumerische Ausgabe auf dem Terminal. ^A Show alternate background -Wechsel zwischen den beiden Untergrundgeraden. Der dargestellte Untergrund wird durch * bei der numerischen Ausgabe markiert. (Nach CR) 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. 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 5 Spektren der Matrix I Input -numerische Eingabe der Darstellungsparameter. X-OFFSET= X-Nullpunktsverschiebung LENGTH= Laenge des dargestellten Ausschnitts Y-OFFSET= Y-Nullpunktsverschiebung (s.h. Y) 1...5 Number of spectrum -Auswahl eines Spektrums der Matrix durch Angabe seiner Nummer 1,2.... Display modes: V Vectors -Darstellung durch Vektoren. P Points -Darstellung durch Punkte. H Histogram -Histogramm-Darstellung S Statistical errors -Fehlerbalken-Darstellung B Base line on/off -Ein- und Ausblenden der Nulllinie. Y Y-offset on/off -Bei Angabe einer Peakposition und bei jeder Y-Normierung (N) wird aus dem kleinsten auf- tretenden Kanalinhalt ein passender Y-offset berechnet, dessen Beruecksichtigung bei der Darstellung durch die Eingabe von Y gesteuert wird. Marker commands: M1...M6 Select marker 1...6 -Die Markerpositionierungseingaben wirken nur auf den gerade aktiven Marker. Mit diesem Kommando wird einer der sechs Marker (von links gezaehlt) zum aktiven Marker erklaert. Achtung, mehrere Marker koennen an der glei- chen Position uebereinanderliegen. M< Select next marker left -Marker links vom aktiven Marker wird zum neuen aktiven Marker. M> Select next marker right -Marker rechts vom aktiven Marker wird zum neuen aktiven Marker. MM Same as M> -Wie M> MSpace Cursor input of marker -Durch M mit nachfolgender Leertaste wird der aktive Marker an die Position des Curser ge- setzt. Er kann dabei jedoch nicht seine be- nachbarten Marker kreuzen, sondern bleibt an deren Position stehen. < Shift current marker left -Links schieben des aktiven Markers, maximal bis zum linken Nachbarn. > Shift current marker right -Rechts schieben des aktiven Markers, maximal bis zum rechten Nachbarn. ^J A. Jung special mode on/off -Bei Eingabe einer neuen Peakposition erfolgt keine neue Normierung des Bildausschnittes. 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. 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! 04.10.90 K. Huber