****************************************************** * Anleitung zum Ion-Ion-Pulsed-beam-Messprogramm IIP * ****************************************************** 29.04.1992 K. Huber Version 06.06.2001 (VME-Version) Version 26.08.2002 Sie finden diese Anleitung auf dem SERVIX unter $HOME/ex_home/ex_help/iiphlp.txt, wenn Sie auf Ihrem Servix-Experiment-Account eingelogged sind. Fuer das Ion-Ion-Experiment existieren folgende Datenerfassungsprogramme: [(...) = noch nicht auf VME-System portiert] (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 (LAP fuer LIP-List-Mode-Spektren (auf der VAX)) Die Hard- und Software Voraussetzungen sind: VME Experiment-Rechner-System Data-Routing-Einheit Control-Routing-Einheit VT240/330 Terminal oder PC ueber COM oder TeraTerm VxWorks Betriebssystem Netzwerkanschluss zu einem Host-Rechner Anlaesslich eines Umbaus des Experimentes (Aug. 94) wurde der Realtime-Takt von 1Hz auf 10Hz erhoeht. IIP wurde dahingegen geaendert, dass es nach wie vor bei SHOW HEADER die Realtime in Sekunden ausgibt und die gemessenen Spektren sich den Auswerteprogrammen durch den Parameter SPTYPE='IIPA' als Spektrentyp mit 0.1s Realtime-Basis zu erkennen geben. Das IIP-Messprogramm dient der Datenerfassung bei Einsatz der Pulsed-Beam- Einrichtung. Bei diesem Experiment werden periodisch (50Hz-2kHz) nacheinander vier Zustaende durchlaufen: 1. schneller und langsamer Strahl aus 2. schneller Strahl an 3. langsamer Strahl an 4. schneller und langsamer Strahl an Der zeitliche Ablauf der vier Zustaende wird gesteuert durch eine Pulser- steuerung in einem eigenen 19"-Einschub. Messung der Channeltronpulse ---------------------------- Fuer die Auswertung benoetigt werden nur die Zaehlraten in den einzelnen Zustaenden. Da jedoch der zeitliche Verlauf zwischen An- und Abschalten eines Zustandes wichtige Informationen ueber die Qualitaet der Messung enthaelt, wird dieser in einem Spektrum von 256 Kanaelen aufgezeichnet. Die Zaehlraten zu den vier Zustaenden werden durch Setzen von geeigneten Integrations- fenstern in diesem Spektrum ermittelt. Das hier angewendete Messverfahren ist extrem empfindlich auf Totzeitver- luste, da Differenzen von annaehernd gleichen Zaehlraten in die Berechnung des Wirkungsquerschnittes eingehen. Die gesuchte Reaktionsrate R ergibt sich aus den Raten Zi der vier Zustaende zu: R=(Z1+Z4)-(Z2+Z3) Die Fehlerfortpflanzung bei Totzeitverlusten Vi sieht dann so aus: DR=(V1+V4)-(V2+V3) Die Totzeitverlustraten Vi bei Totzeit T berechnen sich zu: Vi=Zi*(Mi*T) mit Mi=Zi-Vi gemessene Raten Vi=Zi*(Zi-Vi)*T Vi=Zi*Zi*T/(1+Zi*T) Sie gehen quadratisch mit Zi! Bei Annahme des unguenstigsten Falles mit Z2=Z3=Z4/2, Z1< 10kHz) und ueber eine UHR/ZLR-Karte gezaehlt. Die Zaehlerinhalte werden alle 0.1 Sekunde zum Rechner uebertragen und anschliessend werden die Zaehler geloescht. Im Rechner werden beide Stroeme jeweils fuer sich integriert. Ferner wird das fuer die Auswertung relevante Produkt Is*Il bei jeder Uebertragung gebildet und ebenfalls integriert. Beim Auslesen und Loeschen der Zaehler entsteht eine Totzeit kleiner 500ns. Takt-Karte ---------- Die Takte zum Auslesen und Loeschen der Zaehler fuer Totzeitverluste, schnellen und langsamen Strahl werden auf der Taktkarte erzeugt. Aus dem 10MHz Quarztakt des Routing-Systems wird ein Mastertakt (10Hz) untersetzt (durch Steckbruecke auch 1Hz und 100Hz moeglich), aus dem die weiteren Takte abgeleitet werden: ________________________________ _______| |____ Mastertakt ___________ _______| ca. 200ns |_________________________ Auslesetakt ___________ ___________________| ca. 200ns |_____________ Reset-Takt Ferner loest der Mastertakt die vorrangige Uebertragung eines Datenwortes aus, das vor den beiden Datenwoertern Is, Il der Stromintegratoren im Rechner eintrifft und somit die Erkennung eines Is-Il-Datenpaerchens erlaubt. Dies ist notwendig, um das Produkt Is*Il von zusammengehoerigen Stromwerten bil- den zu koennen und Datenverluste bei der Uebertragung zu erkennen. Falls die Software solche Unregelmaessigkeiten bemerkt, registriert sie dies im Zaehler 'Sequence errors'. Alle Ionenstroeme und der Mastertakt werden in diesem Fall verworfen, die Messung duerfte damit im allgemeinen unbrauch- bar sein. Der uebertragene Mastertakt wird von der Software zur Messung der 'Realtime' verwendet. Zur Erzeugung definierter Startbedingungen werden bei gestoppter Datenueber- tragung (durch Hardware oder Software) die Ionenstrom- und Totzeitverlust- Zaehler sowie der Mastertakt auf Null gesetzt und gesperrt. Nach einem Start erscheint der erste Mastertakt am Ende der ersten abgelaufenen 1/10 Sekunde. Erfolgt der Stop nicht durch die Messzeitvorwahl (s.u.), so kann die von der Software registrierte 'Realtime' um bis zu 0.1s zu klein sein. Die beiden Eingaenge zur Totzeitmessung von ADC und TPC sind nur in Verbind- ung mit dem IIC-Messprogramm von Interesse. Messdaten --------- Die Spektren entsprechen dem Strahlenzentrumsstandard und koennen deshalb mit einer Anzahl vorhandener Programme weiterverarbeitet werden. Das Spektrum ist in 512 byte Records segmentiert, mit dem Header im ersten Record. Der Header enthaelt am Anfang einen standardisierten Teil und anschliessend noch eine Reihe weiterer Daten (z.B. Lifetime-, Realtime-Zaehler usw.), zu denen man ueber die Include-Files ~/ex_home/ex_src/.../iif.conf und iif.h Zugang hat. 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. Die Spektren werden ueblicherweise auf dem SERVIX unter dem zugeordneten Account gespeichert. zB.: Experiment xxxx Account xxxx File Name Ablage auf ~/ex_home/ex_data/spektr.spe /usr/user/xxxx/ex_home/ex_data/spektr.spe home:spektr.spe /usr/user/xxxx/spektr.spe data:spektr.spe /usr/user/xxxx/ex_home/ex_data/spektr.spe Die Laufwerke home:, data: usw werden in ~/ex_home/ex_param/startup.vxw definiert. Die existierenden Laufwerke koennen mit dem SHOW-Programm (Network (NFS) devices) angezeigt werden. Das Messprogramm hebt seine aktuellen Parameter in dem File ~/ex_home/ex_param/iifpar.vxw auf, um sie bei einem nachfolgenden Start als Default-Werte anbieten zu koennen. Bildschirmanzeigen ------------------ In der obersten Zeile wird an erster Stelle der Name des Programmes darge- stellt. An zweiter Stelle folgt die Statusinformation offline/online/test, die anzeigt ob die Messung gestartet ist oder nicht. Dann folgt der Name des Spektrums und am Ende der Zeile eine detaillierte 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 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 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. +++ Einstiegsebene Exit IIP Verlassen des Programmes. Start experiment Fuehrt zu einer weiteren Dialogebene, in der eine naehere Spezifikation des Starts erfolgt. Show header Zeigt die wichtigsten Daten des Headers, der jedem Spektrum beigefuegt 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 Mastertakt 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. Anzahl der ueber den IIP-Zaehler verarbeiteten Daten (IIP data). Anzahl der Totzeitverluste im IIP-Zaehler (IIP deadtime losses). Anzahl der IIP-Daten, die ausserhalb der Spektrumsgrenzen 90 - 255) liegen und deshalb nicht verarbeitet wurden (IIP data out of range). Anzahl der Faelle, in denen das Triplett: Mastertakt, 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: Integration des schnellen Strahls (Fast beam integration). Integration des langsamen Strahls (Slow beam integration). Integration des Produktes von schnellem und langsamen Strahl (Fast * slow beam integration). Ferner werden die Experiment-beschreibenden Parameter dargestellt. Die Darstellung des Headers kann mit der Leertaste wiederholt werden. Mit der Return-taste wird zur naechsten Seite weiter gegangen bzw. die Darstellung beendet. Fuer ein nicht existierendes Spektrum (Status new) erfolgt eine gekuerzte Ausgabe. Analyse spectrum Startet als Subtask ein Auswerteprogramm zur graphischen Darstellung und Auswertung des aktuellen Spektrums. Nach Verlassen des Auswerteprogramms wird in das Messprogramm zurueckgekehrt. Ueblicherweise kann das Startup- Verhalten der Auswerteprogramme konfiguriert werden (^Z -> Set configuration -> Startup mode). IIP verwendet standardmaessig das Programm IAP als Auswerteprogramm. Unter "Set Configuration" kann ein anderes Auswerteprogramm konfiguriert werden. Set name of spectrum Eingabe eines File-Namens fuer das Spektrum. Dieses kann ein bereits existierendes (Status old) oder ein noch nicht existierendes (Status new) Spektrum sein. Die Angabe muss im File-Format des Host-Rechners erfolgen. Fehlende Laufwerksangaben werden ergaenzt, ferner wird nach dem Laufwerk zur Umgehung eines Systemfehlers './' eingefuegt: ~/ex_home/ex_data/test.spe -> home:./ex_home/ex_data/test.spe home:ex_home/ex_data/test.spe -> home:./ex_home/ex_data/test.spe x/test.spe -> data:./x/test.spe test.spe -> data:./test.spe Die Zugriffe zum Host-Rechner laufen in der Regel ueber NFS und muessen auf dem Host freigegeben sein (/etc/exports). Falls die Freigabe fehlt, kann zur Not auch ueber das Laufwerk 'bootHost:' mittels RSH auf den Host zugegriffen werden, was bei sehr langen Files aber zu Speicherproblemen fuehren kann. Laufwerksdefinitionen siehe: ~/ex_home/ex_param/startup.vxw und SHOW-Programm. Delete spectrum Ein existierendes Spektrum wird geloescht (im Arbeitsspeicher und auf dem Host-Rechner), die Daten sind verloren. 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 Einige der VxWorks-Shell-Kommandos koennen ausgefuehrt werden. Set configuration Unter diesem Menuepunkt erfolgen alle Angaben, die das Messprogramm an das Experiment anpassen. Beim ersten Start wird dieser Menuepunkt stets automatisch aufgerufen. Spaeter sollte er nur noch bei Konfigurations-Aenderungen benutzt werden. Er enthaelt ein Untermenue: Return zurueck zum Hauptmenue General parameters allgemeine Parameter Background program Spezifikation eines Auswerteprogramms Data Routing hardware Anschluss des Data-Routing ans VME Data identification bits Festlegen der Datenkennungen Help Kopiert diesen Help-file auf den Bildschirm. +++ Startebene Return Rueckkehr zur uebergeordneten Dialogebene. Create new spectrum Start der Messung, falls noch kein Spektrum des angegebenen Namens existiert (Status new). Das Spektrum wird auf der Platte des Host-Rechners angelegt, ist zunaechst jedoch noch leer. Fuer ein bereits existierendes Spektrum erfolgt eine Fehlermeldung (Status old). Continue old spectrum Start der Messung, falls sie mit einem bereits existierenden Spektrum (Status old) fortgesetzt werden soll. Das Spektrum wird vom Host-Rechner geladen, falls es noch nicht da ist. Fuer ein noch nicht existierendes Spektrum erfolgt eine Fehlermeldung (Status new). Test run Start der Messung, falls noch kein Spektrum des angegebenen Namens existiert (Status new), ohne jedoch auf dem Host-Rechner einen File anzulegen. Beim Stop der Messung werden die Daten nicht zum Host-Rechner gerettet, im Speicher bleiben sie aber erhalten und werden erst bei einem erneuten Start geloescht. Waehrend der Messung koennen die Daten mit 'Save spectrum' gerettet werden. Die Messdaten koennen waehrend des TEST RUNs im Speicher (nicht auf der Platte) geloescht werden mittels einer Funktion im Auswerteprogramm (Analyse spectrum). Print hardware info Druckt wahlweise den Hardware-Status oder Status und Daten, so wie sie vom Experiment uebertragen werden, direkt auf dem Bildschirm aus. Diese Funktion dient Diagnosezwecken (zB. Ermittelung der Datenkennung), ein Spektrum wird nicht akkumuliert. +++ Start-Parameter Eingabe Nach dem Start einer Messung muessen die zugehoerigen Parameter eingegeben werden. Einige der Parameterangaben sind notwendig fuer die Durchfuehrung der Messung, andere haben nur beschreibende Funktion. Title Zur Beschreibung der Messung kann eine Titelzeile eingegeben werden. Programmamble deadtime Angabe der programmierbaren Totzeit in 100ns Einheiten. Moegliche Werte sind 300ns bis 25500ns. Timer Eingabe einer Messzeitvorwahl in Sekunden Echtzeit. Bei Angabe von 0 oder eines negativen Wertes erfolgt kein automatischer Stop. Bei einem Neustart eines Spektrums ist der Vorbelegungswert immer 0, waehrend bei einem Restart die eventuell noch vorhandene Restzeit als Vorbelegung angeboten wird. Die Messung wird nach Ablauf der angegebenen Zeit angehalten mit der Meldung 'Experiment finished'. Sie muss anschliessend mit STOP EXPERIMENT noch gestoppt werden. Experimentparameter Zur Beschreibung des Experimentes koennen noch eine Reihe weiterer Parameter eingegeben werden, die fuer die Auswertung benoetigt werden, nicht jedoch fuer den eigentlichen Messvorgang. +++ Funktionen bei laufendem Experiment Stop experiment Die Messung wird gestoppt und die Daten werden zum Host-Rechner uebertragen (nicht im Modus "Test Run"). Treten bei der Datenuebertragung Probleme auf, so erfolgt eine Fehlermeldung. Die Daten bleiben erhalten und der Stop kann wiederholt werden. Save spectrum Waehrend der laufenden Messung kann das Spektrum zum Host-Rechner gerettet werden. Auf einem Unix-Host wird dabei ein bereits existierendes Spektrum gleichen Namens ueberschrieben. Ebenso wird ein auf diese Weise gerettetes Spektrum am Ende bei einem "Stop experiment" wieder ueberschrieben (nicht im Modus "Test Run"). Show header Siehe oben. Analyse spectrum Startet als Subtask ein Auswerteprogramm zur graphischen Darstellung und Auswertung des aktuellen Spektrums. Die Messung laeuft waehrend der Auswertung weiter. Nach Verlassen des Auswerteprogramms wird in das Messprogramm zurueckgekehrt. (Siehe oben) Detach IIP Hiermit kann das Messprogramm verlassen werden, ohne dass die Messung unterbrochen wird. Die Kontrolle ueber das Messprogrammes gewinnt man zurueck durch einen erneuten Start. Achtung: es existiert zur Zeit keine Sicherung gegen ein weiteres Starten eines anderen Messprogrammes, das die laufende Messung stoeren koennte! Anordnung der Interface-Karten im Control-Routing-Ueberrahmen ------------------------------------------------------------- Pos. Adr. Karte Funktion Kommentar 1. 0 Adr-Dec Adress-Decoder (Modus: on) 2. DT-Karte progr. Totzeit 3. SMI-Karte Schrittmotor-Interface nicht fuer IIP Control-Routing | | |===============| |Schrittmotor- | /---------------\ /---------------\ |Interface | | Schrittmotor- |-------| Schrittmotor | | 7pol |-------| Steuerung | | | |---------------| \---------------/ \---------------/ |progr. Totzeit | | OUT|------------------------> IIP-ZLR (Data Routing) | in|<-. /-------\ |---------------| `-----------| CFD |-----< Channeltron-Pulse |Adress-Decoder | \-------/ | (on) | |===============| Anordnung der Interface-Karten im Data-Routing-Ueberrahmen ---------------------------------------------------------- Das IIP-Programm erwartet eine feste Reihenfolge der Interface-Karten im Routing-Ueberrahmen: Pos. Adr. Karte Funktion Kommentar 1. Bus-Abschluss 2. 0 IFS-Karte Interfacesteuerung (Modus: STOP) 3. IIC/LIC } IIC/LIC-Aufbau 4. IIC/LIC } IIC/LIC-Aufbau 5. IIC/LIC } IIC/LIC-Aufbau 6. IIC/LIC } IIC/LIC-Aufbau 7. 3 IFS-Karte Interfacesteuerung (Modus: RUN, FREI) 8. IIP-ZLR IIP-Karte 9. frei } LIP Messungen 10. 4 IFS-Karte Interfacesteuerung (Modus: RUN, FREI) 11. U/D-ZLR Totzeitverlust-Zaehler 12. 5 IFS-Karte Interfacesteuerung (Modus: RUN, FREI) 13. UHR/ZLR 1 Schneller Strahl (Modus: extern) 14. 6 IFS-Karte Interfacesteuerung (Modus: RUN, FREI) 15. UHR/ZLR 2 Langsamer Strahl (Modus: extern) 16. 7 IFS-Karte Interfacesteuerung (Modus: RUN, FREI) 17. TAKT Taktgeberkarte 18. TOTZEIT Totzeitanzeige (optional) 19. RST-Karte Routing-Steuerung (Modus: RUN) 20. Computer-Interface Data-Routing |===============| |TAKT | | BUSY ADC|<-- ungenutzt, mit 50 Ohm abschliessen | BUSY TPC|<-- ungenutzt, mit 50 Ohm abschliessen | RESET|----. | UHR|--. | |---------------| | | |IFS | | | | (RUN, FREI) | | | |===============| | | |UHR/ZLR | | | | RESET|<-|-+ | UHR|<-+ | /-------\ | TAKT|<-|-|------------------| VFC |-------< langsamer Strahl |---------------| | | \-------/ |IFS | | | | (RUN, FREI) | | | |===============| | | |UHR/ZLR | | | | RESET|<-|-+ | UHR|<-+ | /-------\ | TAKT|<-|-|------------------| VFC |-------< schneller Strahl |---------------| | | \-------/ |IFS | | | | (RUN, FREI) | | | |===============| | | |U/D-ZLR | | | | RESET|<-|-' | READ|<-' | COUNT|<-. |---------------| | |IFS | | | (RUN, FREI) | | |===============| | | frei | | |---------------| | |IIP-ZLR | | | DT-LOSSES|--' /----------\ | RESET|<----------------RESET-| Pulser- | | COUNT|<----------------TAKT--| Steuerung| | READ|<-. \----------/ |---------------| `----< progr. Totzeit (Control Routing) |IFS | | (RUN,FREI) | |===============| | IIC/LIC only | |---------------| | IIC/LIC only | |---------------| | IIC/LIC only | |---------------| | IIC/LIC only | |---------------| |IFS (STOP) | |===============|