********************************************************* * Anleitung zum Ion-Ion-Koinzidenz-Auswerteprogramm IAC * ********************************************************* 29.04.1992 K. Huber Version 12.09.2001 (VME-Version) Sie finden diese Anleitung auf dem SERVIX unter $HOME/ex_home/ex_help/iachlp.txt, wenn Sie auf Ihrem Servix-Experiment-Account eingelogged sind. !! Beachten Sie auch die Anleitung zum IIC-Messprogramm: iichlp.txt !! Fuer das Ion-Ion-Experiment existieren folgende Datenerfassungsprogramme: [(...) = zur Zeit nur auf VAX/PDP11-Systemen vorhanden] (IBP Ion-Beam-Profile (neuer Strahl-Analysierer [Timo-mat])) IIF Ion-Ion Formfactor (alter Strahl-Analysierer) IIC Ion-Ion Coincidence IIP Ion-Ion Pulsed beam (LIC Ion-Ion Coincidence List mode) (LIP Ion-Ion Pulsed beam List mode) IIM Ion-Ion-Matrix Sowie die Auswerteprogramme: IAC fuer IIC-Spektren IAP fuer IIP-Spektren (LAC fuer LIC-List-Mode-Spektren (auf der VAX)) (LAP fuer LIP-List-Mode-Spektren (auf der VAX)) IAC ist zur Zeit lauffaehig auf folgenden Plattformen: VME Experiment-Rechner-System mit VxWorks Betriebssystem DS5000 Workstations mit Ultrix Betriebssystem (Tutnix, Kannix, Hatnix) AlphaServer mit True-64-Unix Betriebssystem (Servix) Als Bildschirm wird ein VT240/330 Terminal, ein Unix-Host mit xterm oder dxterm oder ein PC mit TeraTerm benoetigt. Das IAC-Programm berechnet aus ein bis neun Formfaktor-Messungen (IIF- bzw. IBP-Messprogramm) und einer Ion-Ion-Koinzidenz-Messung (IIC-Messprogramm) Wirkungsquerschnitte. Anlaesslich eines Umbaus des Experimentes (Aug. 94) auf einen neuen Strahl- analysierer (Timo-Mat) wurde das IIF Messprogramm durch das IBP Messprogramm ersetzt und der Realtime-Takt von 1Hz auf 10Hz erhoeht. IAC wurde entsprechend geaendert, so dass es sowohl die alten IIC-Spektren (1Hz Takt) als auch die neuen (10Hz Takt) zusammen mit IIF- oder IBP-Formfaktorspektren verarbeiten kann. Als IBP-Spektren werden nur vertikale Scans mit der Schlitz-Option akzeptiert. Ein Mix von IIF- und IBP-Spektren ist jedoch nicht moeglich. Hinweis: Inzwischen (seit 2000) ist der neue Strahlanalysierer wegen mechanischer Maengel wieder durch den alten ersetzt worden, und die Formfaktorspektren werden jetzt wieder mit dem IIF-Programm gemessen. Auf den Unix-Workstations koennen sowohl die alten mit PDP11-Systemen gemessenen als auch die neuen mit VME-Systemen gemessenen Spektren ausgewertet werden. Auf den VME-Systemen koennen wegen fehlender Konvertierungsroutinen fuer die unterschiedlichen Floatingpoint-Darstellungen keine PDP11-Spektren ausgewertet werden. Das IAC-Programm kann von dem IIC-Messprogramm gestartet werden unter dem Menue-Punkt "Analyse Spectrum". Es wird dann die gerade laufende IIC-Messung online ausgewertet. Der Start von IAC erfolgt in diesem Fall ueblicherweise unter Umgehung des Hauptmenues. Die Rueckkehr ins Hauptmenue von IAC kann jedoch durch ^Z erzwungen werden. Dort kann unter dem Menuepunkt "Set Configuration" ein anderes Verhalten beim Start durch IIC eingestellt werden (s.u.). Berechnung des Wirkungsquerschnittes ==================================== Beim Start der Wirkungsquerschnittesberechnung werden zunaechst numerisch die Positionen der 4 Integrationsgrenzen angefordert. Als Vorbelegung werden die Werte aus einer vorangegangenen Auswertung oder, falls vorhanden, die im IIC-Spektrum abgespeicherten Grenzen angeboten. Anschliessend wird das Spektrum graphisch so am Bildschirm dargestellt, dass alle Integrationsgrenzen zu sehen sind, falls sie nicht ausserhalb des Spektrums liegen. Bildausschnitt und Integrationsgrenzen koennen danach noch beliebig veraendert werden (s.u.). Untergrund- und Peak-Grenzen: ----------------------------- Im IIC-Spektrum werden mit vier Markern der linke und rechte Untergrund sowie der Koinzidenz-Peak angegeben. Die Marker koennen nur genau auf einen Kanal des Spektrums positioniert werden und nicht dazwischen (wie in der alten PDP11-Version). Benachbarte Marker koennen sich nicht ueberkreuzen, und behalten einen Mindestabstand von 2 Kanaelen. Die Integrationsgrenzen reichen von den Kanaelen (einschliesslich): M1 -> M2-1 linker Untergrund M2 -> M3 Peak M3-1 -> M4 rechter Untergrund Untergrundbestimmung: --------------------- Fuer niedrige Zaehlraten ist der Untergrund eine horizontale Gerade. Bei hoeheren Raten nimmt er durch Totzeitverluste im TPC die Form y=a*exp(-b*x) an. Er wird deshalb durch einen Least-Squares-Fit mit y = a * exp(-b*x) bestimmt. Wenn der Untegrund eine horizontale Gerade ist, gehoeren alle Messpunkte der gleichen statistischen Gesamtheit an und eine gleiche Wichtung fuer alle Punkte ist angebracht (z.B. w = 1/a). Wenn der Untegrund exponentiell abfaellt, gehoeren die Messpunkte zu unterschiedlichen statistischen Gesamtheiten und benoetigen unterschiedliche Wichtungen (z.B. w = 1/yi). Ist yi der "wahre" Wert an xi, so wie ihn die Fit-Funktion ermitteln soll, so ist w = 1/yi fuer beide Faelle richtig. Aber am Anfang ist der "wahre" Wert unbekannt, deshalb wird normalerweise statt dessen der Messwert yi genommen. Dies fuehrt aber bei niedrigen Raten dazu, dass die UG-Gerade merklich zu tief rutscht, weil die unteren Messpunkte hoeheres Gewicht haben. In einem kongreten Fall war der Unterschied 0.44 zu 0.53 fuer a! Ein auf solche Art gewichteter Fit ist nicht flaechentreu, und die Chi-Quadrat-Korrektur (BEV, S248) ist nur fuer die beteiligten Kanaele, nicht jedoch fuer die Untergrundflaeche unter dem Peak gueltig. Loesung: Zunaechst werden die Wichtungen aus den Messwerten gerechnet. Nach Konvergenz des Fits werden die Wichtungen neu gerechnet und (zusammen mit dem Marquart Flamda = 0) der Fit mit erneuten Iterationen bestaetigt. Da der UG meistens etwa eine horizontale Gerade ist, wird als Startwert fuer a das Mittel ueber alle Punkte verwendet und b=0 gesetzt. Dies ist auch fuer exponentiell abfallenden UG ausreichend. BEV P. R. Bevington: Data Reduction and Error Analysis BRA S. Brandt: Statistische Methoden der Datenanalyse PRE W. H. Press ...: Numerical Recipes in C; Nonlinear Models Hinweis: In der Originalversion der Querschnittsberechnung (PDP11, S. Kruedener, 1987) wurde der Untergrund folgendermassen berechnet: Es war gedacht "lineare Regression" durchzufuehren, wenn einer der beteiligten Untergrundkanaele Null ist, ansonsten "logarithmische Regression". Tatsaechlich wurde jedoch das ganze Spektrum auf Null geprueft. Als ADC-Spektrum hat es jedoch am Anfang stets einige Nullen, so dass immer "lineare Regression" gerechnet wurde. Die Fehlerfortpflanzung der "linearen Regression" wird unsauber gerechnet, da a und b der Fit-Geraden y = a + b*x statistisch nicht unabhaengig sind, aber die Kovarianzen bei der Fehlerrechnung ignoriert werden. Die "logarithmische Regression" ist ein Pfusch, der sich aus der Vor-Computer- Zeit ruebergerettet hat. Bei einer einfachen Mittelwertbildung zeigt sich schon das Problem: (a+b)/2 != exp((log(a)+log(b))/2) z.B. : (e+1)/2 = 1.8591 exp((1+0)/2) = 1.6487 Wirkungsquerschnittesberechnung: -------------------------------- Den Formalismus zur Berechnung des Wirkungsquerschnittes kann man in der Diplomarbeit von Stephan Kruedener (1988) nachlesen. Fehlerrechnungen: ----------------- (siehe auch Diplomarbeit von Stephan Kruedener (1988)) Alle Fehlerangaben sind Standardabweichungen (68% Konfidenz) Fuer den mittleren Formfaktor wird ein statistischer Fehler aus der Streuung der einzelnen Formfaktoren um den Mittelwert (Fehlerquadrat- Summe / Anzahl der Freiheitsgrade) berechnet. D.h. es werden mindestens zwei Formfaktormessung fuer die Auswertung benoetigt, ansonsten werden alle daraus folgenden Fehlerangaben mit gekennzeichnet. Fuer die Reaktionsrate wird ein statistischer Fehler errechnet. Fuer den kinematischen Faktor wird durch Fehlerfortplanzung ein statistischer und ein systematischer Fehler errechnet. Die verwendeten Eingangsfehler sind zur Zeit: (siehe Dipl. Arbeit Stephan Kruedener 1988) 0.015 rel. stat. Fehler der Geschw. Schneller Strahl 0.010 rel. stat. Fehler der Geschw. Langsamer Strahl 0.025 rel. stat. Fehler des Wechselwirkungs-Winkels 0.015 rel. syst. Fehler der Geschw. Schneller Strahl 0.015 rel. syst. Fehler der Geschw. Langsamer Strahl 0.000 rel. syst. Fehler des Wechselwirkungs-Winkels Der totale statistische Fehler enthaelt Beitraege vom Formfaktor, von der Reaktionsrate und dem kinematischen Faktor. Wenn einer dieser Beitraege nicht zur Verfuegung steht, erfolgt die Ausgabe von . Der totale systematische Fehler enthaelt nur einen Beitrag vom kinematischen Faktor. Wenn dieser Beitrag nicht zur Verfuegung steht, erfolgt die Ausgabe von . In der Fehlerangabe fuer den Wirkungsquerschnitt ist nur der totale statistischen Fehler enthalten. Aenderungen gegenueber der alten PDP11-Version von IAC: ------------------------------------------------------- Neu hinzugekommen ist der statistische Fehler des Formfaktors. Der statistische Fehler des kinematischen Faktors enthielt als Eingangs- wert Fehler(Winkel)/sin(Winkel). In der Annahme, dass wie ueblich Fehler(Winkel)/Winkel angeliefert wird, die Rechnung entsprechend geaendert. Beim aktuellen Winkel von 17.5 Grad ist der Unterschied jedoch nur winzige 1.55% * 0.025 = 0.04%-Punkte fuer den Fehler des WW-Winkels! (Bei den frueheren 45 Grad: 10% * 0.025 = 0.25%-Punkte) Bedienung des Programmes ======================== Das Programm ist weitgehend selbsterklaerend. Die notwendigen Eingaben werden in Dialogform angefordert. Der Dialog ist in einer Hyrarchiestruktur auf- gebaut, wobei mittels Menuelisten von einer Dialogebene in die andere ge- wechselt werden kann. Fuer Parametereingaben existieren im Allgemeinen Vorbelegungswerte, die editiert werden koennen. Die graphischen Bildschirm- ausgaben werden durch Funktionstasteneingaben gesteuert. Setzen der Integrations-Marker, Starten der WQ-Berechnung --------------------------------------------------------- In der IIC-Messung werden die auszuwertenden Bereiche von linkem und rechtem Untergrund und Koinzidenz-Peak mit vier Markern gekennzeichnet. Nach dem Start koennen die Marker alphanumerisch eingegeben werden und anschliessend graphisch. Die angebotenen Marker wurden entweder im IIC-Spektrum gefunden (mit MS dort abgelegt, s.u.) oder sie stammen von der vorangegangenen Auswertung, wenn im Spektrum kein Marker-Set abgespeichert war. Zur graphischen Markereingabe und Starten der WQ-Berechnung stehen folgende Kommandos zur Verfuegung, die mit ^H (Control H) online abgerufen werden koennen: Exits: ------ CR Return to main menu -Rueckkehr zum Hauptmenue bei direktem Start von IAC, CR Return to parent task bzw. Rueckkehr zum IIC-Messprogramm, falls von diesem gestartet. ^Z Return to main menu -Rueckkehr zum Hauptmenue. ^D Standard display -Wechsel zur Standard-Spektrendarstellung mit Vermessungsmoeglichkeit. Dort gibt es ein eigenes Help, das mit ^H abgerufen werden kann. Specials: --------- ^T Zero spectrum -Loeschen des IIC-Spektrums, ^T Not available in this context jedoch nur wenn IAC durch IIC gestartet wurde und die Messung nur ein "Testrun" ist. Functions: ---------- ^H Help -Auflisten der moeglichen Kommandos. ^N Normalize all parameters -Einstellen eines Standard-Display-Parametersatzes. ^B Backup parameter set; restore with ^L -Retten des aktuellen Display-Parametersatzes. ^L Load parameter set; saved by ^B -Laden des zuvor geretteten Display-Parametersatzes. ^I Short results on terminal -schreibt das WQ-Ergebnis in das Spektrum auf dem Bildschirm. ^F Full results on terminal -Protokolliert ausfuehrlich die WQ-Rechnung auf eigener Seite auf dem Bildschirm. ^P Print screen -druckt den Bildschirminhalt, also Spektrum oder WQ-Ergebnis. ^R Refresh display with fit to markers -neuer Bildaufbau, so dass alle Marker sichbar sind. SP Refresh display -neuer Bildaufbau fuer Spektrum, bzw. neue WQ-Rechnung nach ^F. Display commands: ----------------- R Shift right -schiebt das Spektrum um 20% nach rechts. L Shift left -schiebt das Spektrum um 20% nach links. E Expand X -Dehnen der X-Achse um den Faktor 2. C Compress X -Stauchen der X-Achse um den Faktor 2. U Up Y -Dehnen der Y-Achse um den Faktor 2. D Down Y -Stauchen der Y-Achse um den Faktor 2. N Normalize Y -Normieren des Y-Massstabes auf den maximalen Y Wert. F Full spectrum -Darstellung des ganzen Spektrums. I Input -numerische Eingabe der Markerpositionen. Display modes: -------------- V Vectors -Darstellung durch Vektoren. P Points -Darstellung durch Punkte. S Statistical errors -Fehlerbalken-Darstellung H Histogram -Histogramm-Darstellung X LIN/LOG mode -Lineare/logarithmische Darstellung in Y B Base line on/off -Ein- und Ausblenden der Nulllinie. Y Y-offset on/off (LIN mode only) -Bei jeder Y-Normierung (N) wird aus den auftretenden Kanalinhalten ein passender Y-offset berechnet, dessen Beruecksichtigung bei der Darstellung durch die Eingabe von Y gesteuert wird. Nur fuer lineare Darstellung. Marker commands: ---------------- M1...M4 Select marker 1...4 -Die Markerpositionierungseingaben wirken nur auf den gerade aktiven Marker. Mit diesem Kommando wird einer der vier 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> Shift current marker left Shift current marker fast left -Linksschieben des aktiven Markers, maximal bis zum linken Nachbarn. Shift current marker right Shift current marker fast right -Rechtsschieben des aktiven Markers, maximal bis zum rechten Nachbarn. < Shift current marker fast left > Shift current marker fast right -Falls die verwendete Terminalemulation Probleme mit den Cursor-Tasten hat, koennen diese beiden Kommandos helfen. Bei aus- reichendem Spreizen des Spektrums koennen einzelne Kanaele erreicht werden. MS Save current marker positions to spectrum -Die aktuellen Markerpositionen werden im Header des Spektrums abgespeichert und stehen bei einem erneuten Laden des Spektrums durch IAC wieder zu Verfuegung. T Flags on/off -Ein- und Ausblenden der Markerbeschriftung Alle Kommandos koennen waehrend des laufenden Bildaufbaus gegeben werden. Dieser wird dadurch unterbrochen und das neue Kommando aus- gefuehrt. Menue-Eingaben -------------- Exit IAC Verlassen des Programmes. Show Header Mit diesem Aufruf wird der Header des IIC-Spektrums ausgegeben, so wie dies auch vom IIC-Messprogramm gewohnt ist: Name des Experimentes; Name des Programmes; Name des Spektrums. Titelzeile Startzeit und -datum; Stopzeit und -datum. Laenge des Spektrums. Restzeit des Timers fuer die Messzeitvorgabe (Timer). Die Zeit in Sekunden, waehrend der das Experiment gestartet war (Realtime). Diese Zeit wird aus dem Sekundentakt der Taktkarte ab- geleitet (s.o.). Bei Stop durch Messzeitvorwahl ist sie exakt, bei manuellem Stop kann sie bis zu 0.1s zu klein sein. Die um die Totzeit korrigierte Zeit (Realtime - Deadtime), die der Messung zur Datenaufnahme zur Verfuegung stand (Lifetime). Anzahl der durch den ADC verarbeiteten Daten (ADC data). Anzahl der ADC-Daten, die ausserhalb der Spektrumsgrenzen liegen und deshalb nicht verarbeitet wurden (ADC out of range). Integration des schnellen Strahls (Fast beam integration). Integration des langsamen Strahls (Slow beam integration). Integration des Produktes von schnellem und langsamem Strahl (Fast * slow beam integration). Anzahl der Faelle, in denen das Triplett: Sekundentakt, schneller Strahl, langsamer Strahl nicht in Ordnung war (Data sequence errors). 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 Faelle, in denen die Bearbeitung der Daten nicht schritt- halten konnte und Datenverluste auftraten (Fifo overflows). Anzahl der Daten, die durch Hardwarefehler oder -stoerungen ver- stuemmelt uebertragen wurden (Data errors). naechste Seite: Es werden die Parameter fuer schnellen und langsamen Strahl ausgegeben: Beschleunigungsspannungen (Acc. voltage [kV]). Ionenmassen (Ion mass [amu]). Ionenladungen (Ion charge [e]). Messbereiche fuer die Ionenstroeme (Range of current). Analyse spectrum Start der Wirkungsquerschnittsberechnung Load spectrum Laden eines neuen IIC-Spektrums zur Auswertung. Die Angabe des Dateinamens muss im File-Format des Host-Rechners erfolgen, z.B. ~/ex_home/ex_data/test.spe fuer einen Unix-Host. Tilde (~) und $HOME werden als Home-Directory des zugehoerigen Accounts verstanden. Convert spectrum to ASCII Das Spektrum wird mit oder ohne Header und mit oder ohne Kanalnummern in ASCII Form auf einen File geschrieben. Execute shell command Ausfuehrung von Shell-Kommandos. Unter VxWorks (VME-Systeme) steht nur eine kleine Auswahl von Kommandos zur Verfuegung. Set configuration Unter diesem Menuepunkt erfolgen alle notwendigen Anpassungen des Programmes. Beim ersten Start wird dieser Menuepunkt stets automatisch aufgerufen. Spaeter sollte er nur noch bei Konfigurations-Aenderungen benutzt werden. Er enthaelt ein Untermenue: OK -zurueck zum Hauptmenue Terminals and printers -Terminal-/Drucker-/File-Auswahl und Anpassungen. Startup mode -Einstellmoeglichkeit zur Umgehung des Hauptmenues bei Start durch IIC. Message mode -Moeglichkeit zur Einstellung von mehr oder weniger ausfuehrlichen Meldungen und deren Mindestverweilzeit auf dem Bildschirm. Sollte keines der Terminals oder der Drucker passend sein, so kann eines der vorhandenen Geraete angepasst werden. Dazu wird es zuerst selektiert und dann neu definiert. Printer-Definition fuer einen normalen Netzwerkdrucker Comment: LaserJet in 202 (hplaser) Command: lpr -Phplaser iac.tmp; rm iac.tmp File : iac.tmp Select language (PS) Select device type (Printer) Printer-Definition fuer einen lokal am VME-Rechner angeschlossenen Drucker Comment: Printer at MVME1xx Port 2 Command: File : /tyCo/1 Select language (HPGL) Select device type (File) Printer-Definition fuer einen an einem PC angeschlossenen Drucker Comment: Printer at Command: ex_home/ex_prog/PC-print iac.tmp File : iac.tmp Select language (PS) Select device type (Printer) Printer-Definition fuer die Erzeugung von Files ohne zu drucken. Um nicht jedesmal einen neuen File-Namen definieren zu muessen, koennen diese in gewissen Grenzen automatisch generiert werden. Dazu koennen bei der Druckerdefinition im File-Namen folgende Sonderzeichen verwendet werden: * wird ersetzt durch den Namen des IIC-Spektrums $ wird ersetzt durch den "Graphic Mode" (z.B. HPGL) # wird ersetzt durch eine fortlaufende Nummer (Consecutive print number), die bei der Auswahl eines Printers neu gesetzt werden kann. Comment: ASCII files with unique names Command: File : *.$.# Select language (ASCII) Select device type (FILE) Help Kopiert diesen Help-file auf den Bildschirm.