Anleitung zum Messprogramm MASS

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# Anleitung zum Messprogramm MASS #

(Elektronen-Stoß-WQ-Massen-Spektren)


        06.Apr.2001 K. Huber, Strahlenzentrum Univ. Gießen
        Version 24.Jul.2025



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1 Anleitungs-Formate

Diese Anleitung zum MASS-Messprogramm steht in verschiedenen Formaten zur Verfügung. Die entsprechenden Files finden Sie auf dem Host-Rechner (z.Z. Ionix) unter /usr/exp/ex_help oder auf Ihrem Experiment-Account unter $HOME/ex_home/ex_help:

mass.txtText-Format, kann z.B. mit a2ps in handlichem Format gedruckt werden. Es fehlen jedoch Bilder und Grafiken.
mass.dviDVI-Format, kann z.B. mit dvips auf einem Postscript-Drucker gedruckt werden oder mit xdvi auf einem X-Windows Bildschirm dargestellt werden.
mass.htmlHTML-Format, kann mit jedem HTML-Browser gelesen werden.
mass.infoINFO-Format, kann mit dem GNU-Info-Browser (info -f mass.info) und GNU-emacs gelesen werden. Es fehlen jedoch Bilder und Grafiken.
mass.pdfPDF-Format, mit dem Acrobat-Reader zu lesen.

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2 Funktion von MASS


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2.1 Überblick

Für das Elektron-Ion-Stoß-Experiment existieren folgende Datenerfassungsprogramme:

ESWElektronen-Stoß WQ Absolutmessungen
ESSElektronen-Stoß WQ Scan-Messungen
MASSElektronen-Stoß WQ Massen-Messungen
DRMDielektronische Rekombinations-Matrix
ECFHilfsprogramm zur Erstellung von ESS Steuer-Files

Sowie die Auswerteprogramme:

WQAfür ESW-Spektren

Das MASS Programm ist ein Abkömmling des ESS Messprogrammes. Es dient der Aufnahme von Massen-Scan-Spektren. Es werden vier Spektren mit der wählbaren Länge von N Kanälen erzeugt, die als Zeilen einer 4*N Matrix angeordnet sind:

  1. Primärionenstrom
  2. Magnetfeld am Anfang (100ms) eines Kanals
  3. Magnetfeld-Mittelwert eines Kanals
  4. Messzeit pro Kanal

Die Hard- und Software Voraussetzungen sind:


Die maximale Datenrate ist abhängig von der verwendeten CPU:

MVME162?kHz
MVME172?kHz

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2.2 Ablauf der Messung

Die Erfassung der Messdaten erfolgt über fünf Interfaces im Data-Routing:

Die weiteren Interfaces im Data-Routing werden für die MASS-Messung nicht benötigt.


Die Steuerung des Experimentes erfolgt zur Zeit über sieben Interfaces im Control-Routing:

Das Netzgerät des Ablenkmagneten wird über die COM3-Schnittstelle des VME-Rechners bzw. über einen USB-RSS232-Adapter des Intel-Rechners kontrolliert.


Zu Beginn der Messung erfolgt eine Anfangsnormierung:


Der Ablauf des Experimentes besteht aus einer Serie von Messintervallen, wobei für jedes Messintervall das Magnetfeld, die Kanalnummer und die Mess- und Pausenzeit durch MASS ausgegeben werden.

Zuerst wird das Magnetfeld über den COM3-Port des VME-Rechners bzw. den vom Messprogramm ermittelten USB-COM-Port des Intel-Rechners gesetzt und anschließend gewartet bis die MPS-Kontrolle (Magnet-Power-Supply) wieder Ready meldet. Dieses Ready bedeutet jedoch nur, dass der gewünschte Strom eingestellt ist, nicht dass das Magnetfeld schon seinen Endwert erreicht hat.

Als nächstes wird die aktuelle Kanalnummer der vier Spektren über das Control-Routing ausgegeben zum Positions-Interface im Data-Routing. Anschließend wird der Messzeit-Timer geladen und zum Schluss wird der Pausen-Timer geladen und gestartet. Mit dem Pausen-Timer kann das Einschwingen des Magneten abgewartet werden. Das Ende der Pause startet unmittelbar die Messzeit. Gesteuert durch den GATE-Impuls akkumulieren die U/D-Zähler im Data-Routing während eines Messintervalles die ankommenden Zählimpulse.

Wegen der 16-Bit-Zähler und der maximalen Frequenz der Spannungs-Frequenz-Wandler von 500kHz führen Messintervalle über ca. 130ms zum Überlaufen der Zähler. Um dies zu vermeiden werden überlange Messzeiten in aufeinanderfolgende Intervalle von maximal 100ms zerlegt. Die Pausenzeit wird nur einmal am Anfang einer solchen Intervallserie durchgefúhrt. Innerhalb der Serie wird ein Minimalwert (0.001ms) verwendet.

Die Messzeit wird ermittelt durch Zählen eines Zeittaktes, der durch die programmierbare Zeitbasis im Control-Routing erzeugt wird. Die Zeittaktprogrammierung ist auf maximal 500kHz begrenzt.

Nach Ablauf der Messzeit wird von der Interrupt-Karte ein Read-Impuls zum Übertragen der Kanalnummer und der U/D-Zähler erzeugt, sowie ein Reset-Signal zum Löschen der Zähler. Mit dem Read-Signal werden Kanalnummer und Zählerinhalte in je ein Senderegister übertragen, so dass die Interfaces anschließend sofort wieder frei sind, während die Übertragung der Daten einige Zeit in Anspruch nehmen kann.

Die Kanalnummer wird mit Vorrang zur Übertragung angemeldet. Damit wird sichergestellt, dass sie zuerst übertragen wird, um eine Synchronisation der Software zu ermöglichen. Die Daten werden vom Messprogramm erst dann verarbeitet, wenn ein vollständiger Datensatz von allen vier Datenworten eines Messintervalles übertragen ist. Dann werden die übertragenen Werte der drei U/D-Zähler (Ion, Timer, Gauß) zu dem jeweils aktuellen Kanal der Spektren 1 bis 4 addiert. Fehler bei der Übertragung werden erkannt und registriert (sequence errors). Wird ein Zähler mehrfach übertragen, so werden die zuviel übertragenen Daten verworfen, und nur das erste Datum wird verarbeitet, falls ein vollständiger Datensatz zustande kommt. Jeder solcher Fehler erhöht den ’Sequence error counter’ um eins. Ein unvollständiger Datensatz wird verworfen. Mit Berücksichtigung des Messzeitspektrums bleibt die Messung u.U. auswertbar.

Zur Magnetfeld-Messung wird die Ausgangsspannung des Gaußmeters über einen Spannungs-Frequenz-Wandler (VFC, 500kHz) dem Gauß-Zähler zugeführt. Der Wert des Zählers wird mittels Messzeit pro Kanal und ’Gauß to mV’-Parameter in Gauß umgerechnet und im Spektrum 3 abgelegt. In Spektrum 2 geschieht das gleiche, jedoch nur für das erste Messintervall eines Kanals (max 100ms), um bei längeren Messzeiten pro Kanal (>100ms) ein mögliches Einschwingen des Magneten am Anfang zu dokumentieren.

Am Ende eines Intervalls wird ein Interrupt erzeugt, der der Software mitteilt, dass die Ausgabe des nächsten Steuerparametersatzes erfolgen kann.

Wird mit kurzen Messintervallen (<?ms) gearbeitet, so besteht die Gefahr, dass die anfallenden Messdaten nicht schnell genug verarbeitet werden können und Datenverluste auftreten, die die Messung unbrauchbar machen. Um dies zu vermeiden, werden die Busy-Meldungen der U/D-Zähler auf einer Sammelleitung des Data-Routing der Scan-Karte zugeführt (das POS-Interface braucht dabei nicht berücksichtigt zu werden, da es mit Vorrang behandelt wird). Von der Scan-Karte wird das gemeinsame Busy-Signal der Interrupt-Karte im Control-Routing zugeführt, um dort ein erneutes Read solange zurück zu halten, wie noch eine der Zählerkarten Busy meldet. Zur Überwachung kann das Read-Signal der Scan-Karte zugeführt werden. Trifft es dort auf eine Busy-Meldung der Zähler, so wird die Übertragung eines entsprechenden Fehlerwortes zum Messprogramm veranlasst, das mit dem Fehler ’Buffer overrun’ reagiert. Die Scan-Karte setzt in diesem Falle die ’Overrun LED’. Die Scan-Karte führt darüberhinaus die Lifetime-Messung durch unter Berücksichtigung der gesamten Totzeit der Zählerkarten.


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2.3 Geräteeinstellungen


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2.3.1 Gaußmeter Bell 7030

F.W. BELL Model 7030 Gauss/Tesla Meter Instruction Manual (6.19)

Das Gaußmeter liefert bei entsprechenden Einstellungen am Ausgang (10V RMS) bei Vollausschlag 10V DC, die über einen Spannungs-Frequenz-Wandler (50kHz/V) und einen U/D-Zähler registriert werden.

Using Analog Outputs
Each channel provides a corrected and uncorrected analog output voltage signal available from standard BNC connectors. The uncorrected output signal is representative of the magnetic flux density as measured by the Hall probe. The corrected output signal is compensated for influences of temperature and frequency, as well as non-linearities inherent in the Hall probe and instrument. The corrected output is specified with a higher accuracy than the uncorrected output, with a bandwidth up to 250 Hz. The uncorrected output is less accurate, but has a bandwidth up to 50kHz. A separate BNC connector, labeled “Vector Summation”, provides a corrected output signal that is proportional to the resultant magnitude of the three channels’ vector sum. The vector summation output has a bandwidth of 10Hz.

Standard full scale output ranges are 3V RAW , 10V RAW , 3V RMS , and 10V RMS. Adjustable full scale ranges up to 9.9 V RAW or 9.9V RMS, in increments of 0.1V, are also available. The raw output settings provide voltage signals that are replicas of the magnetic flux density waveforms being measured. The rms settings provide dc voltage signals that are proportional to the rms value of the ac component of a flux density signal. These outputs may be connected to a voltmeter, oscilloscope, recorder, or external analog-to-digital converter. Note: With dc mode operation and rms output settings, only the ac component of the flux density is represented at the analog outputs. See Section 2 – Specifications, for bandwidth and accuracy of the analog outputs.

Flux Density Range and Output Voltage Range
Full scale of the present flux density range always corresponds to the full scale setting for the analog output voltage range. For example, if the full scale flux density range is 30 gauss and the full scale analog output voltage range is 3 volts; then a reading of 30 gauss will produce a voltage of 3 volts at the output. A reading of -20 gauss will produce a voltage of -2 volts at the output.

Using Analog Outputs with Autorange
When using autorange and the analog output features together, the following situation can occur. Suppose the present range is 3 kG and the present reading is +2.8 kG. The analog output will be +2.8 Vdc. The signal then increases to +3.2 kG, which would force an automatic change to the 30 kG range setting. The analog output will now be +0.32 Vdc because of the range change. This can lead to problems if the analog signal is being used to make decisions, because there is no indication that a range change has occurred. In these situations it is best to select a fixed range that covers the expected flux density span.


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3 Bedienung von MASS

Das Programm ist weitgehend selbsterklärend. Die notwendigen Eingaben werden in Dialogform angefordert. Der Dialog ist in einer Hierarchiestruktur aufgebaut, wobei mittels Menülisten von einer Dialogebene in die andere gewechselt werden kann. Für Parametereingaben existieren im Allgemeinen Vorbelegungswerte, die editiert werden können.


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3.1 MASS Top-Menü


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3.1.1 Exit MASS

Verlassen des Programmes.


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3.1.2 Start experiment

Führt zum MASS Start-Menü. (Siehe MASS Start-Menü.)


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3.1.3 Show header

Zeigt die wichtigsten Daten des Headers, der jedem Spektrum beigefügt ist:

Die Darstellung des Headers kann mit der Leertaste wiederholt und mit der Return-Taste beendet werden. Für ein nicht existierendes Spektrum (Status new) erfolgt eine gekürzte Ausgabe.


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3.1.4 Analyse spectrum

Startet als Subtask ein Auswerteprogramm zur graphischen Darstellung und Auswertung des aktuellen Spektrums. Eine gestartete Messung läuft während der Auswertung weiter. Nach Verlassen des Auswerteprogramms wird in das Messprogramm zurückgekehrt. Üblicherweise kann das Startup-Verhalten der Auswerteprogramme konfiguriert werden (^Z -> Set configuration -> Startup mode).

MASS verwendet standardmäßig das Programm PEAK3 als Auswerteprogramm. Unter "Set Configuration" kann ein anderes Auswerteprogramm konfiguriert werden.


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3.1.5 Delete spectrum

Ein existierendes Spektrum wird gelöscht (im Arbeitsspeicher und auf dem Host-Rechner), die Daten sind verloren.


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3.1.6 Convert spectrum to ASCII

Das Spektrum wird mit oder ohne Header und mit oder ohne Kanalnummern in ASCII Form auf einen File geschrieben.


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3.1.7 Edit header of spectrum

Falls die Eingabe der Header-Daten fehlerhaft war, besteht hier die Möglichkeit zur Korrektur. Jedoch nur für die experimentbeschreibenden und nicht für die messungsrelevanten (z.B. Spektrumslänge) Header-Daten.


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3.1.8 Execute shell command

Einige der VxWorks-Shell-Kommandos (cd, ls, pwd, whoami) können ausgeführt werden.


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3.1.9 Set configuration

Führt zum MASS Konfigurations-Menü. (Siehe MASS Konfigurations-Menü.)


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3.1.10 Help

Bringt diese Anleitung über das menüorientierte GNU-INFO-Programm auf den Bildschirm. INFO läuft dabei auf einem Server (z.Z. Ionix).

Wenn INFO mit ’Q’ oder ’q’ normal beendet wird, dann erfolgt die direkte Rückkehr zum Messprogramm. Wird INFO jedoch mit ’^C’ abgebrochen, so bleibt das Login auf dem INFO-Server erhalten und muss mit ’exit’ oder ’logout’ beendet werden!


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3.2 MASS Start-Menü


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3.2.1 Return

Rückkehr zum Top-Menü.


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3.2.2 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 zunächst jedoch noch leer. Für ein bereits existierendes Spektrum erfolgt eine Fehlermeldung (Status old).

Für den Start einer Messung müssen die zugehörigen Parameter eingegeben werden.
(Siehe Experiment-Parameter-Eingabe.)
(Siehe Funktionen bei laufendem Experiment.)


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3.2.3 Continue old spectrum

Start der Messung, falls sie mit einem bereits existierenden Spektrum (Status old) fortgesetzt werden kann (abh. vom Messprogramm). Das Spektrum wird vom Host-Rechner geladen, falls es noch nicht da ist. Für ein noch nicht existierendes Spektrum erfolgt eine Fehlermeldung (Status new).

Für den Restart der Messung kann nur ein Teil der zugehörigen Parameter geändert werden.
(Siehe Experiment-Parameter-Eingabe.)
(Siehe Funktionen bei laufendem Experiment.)


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3.2.4 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 wird angefragt, ob die Messdaten noch gerettet werden sollen. Auch während der Messung können die Daten mit ’Save spectrum’ zum Host-Rechner gerettet werden.

Die Messdaten können während des TEST RUNs im Speicher (nicht auf der Platte) gelöscht werden mittels einer Funktion im Display-Programm (Analyse spectrum).

Für den Start der Messung müssen die zugehörigen Parameter eingegeben werden.
(Siehe Experiment-Parameter-Eingabe.)
(Siehe Funktionen bei laufendem Experiment.)


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3.2.5 Print hardware info

Druckt wahlweise den Hardware-Status oder Status und Daten, so wie sie vom Experiment über das Data-Routing übertragen werden, direkt auf dem Bildschirm aus. Die Interface-Karten im Data-Routing benötigen i.a. zur Übertragung von Daten ein externes Signal (z.B. READ-Trigger). Diese Funktion dient Diagnosezwecken (z.B. Ermittelung der Datenkennung).


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3.3 Experiment-Parameter-Eingabe

Für den Start einer Messung müssen die zugehörigen Parameter eingegeben werden. Einige der Parameterangaben sind notwendig für die Durchführung der Messung, andere sind für die Auswertung relevant oder haben nur beschreibende Funktion. Für den Restart der Messung kann nur ein Teil der zugehörigen Parameter geändert werden.


Title
Zur Beschreibung der Messung kann eine Titelzeile eingegeben werden.


Length of single spectrum
Es ist die Länge N eines einzelnen Spektrums der 4*N Matrix anzugegeben (N < 65536).


ID of SCAN position interface
Angabe der Datenkennung des linken Interfaces (Kanalnummereingabe, z.Z. 0x00).
(nur VME-Version!)


Weitere Eingaben auf der nächsten Seite:


B min.
Startwert für den Magnetfeld-Scan [kGauss].


B max.
Endwert für den Magnetfeld-Scan [kGauss].


Startup time
Pausenzeit nach Einstellen des Magnetfeld-Startwertes [s].


Pause time
Pausenzeit nach einem Magnetfeldschritt [ms].


Gate time
Messzeit [ms]


Die folgenden Parameter sind experimentbeschreibend, sie haben keinen Einfluss auf die Datenerfassung:


Acceleration voltage
Quellen-Extraktions-Spannung [kV].


Diaphragm horizontal
Schlitzblende horizontal [mm].


Diaphragm vertical
Schlitzblende horizontal [mm].


Faraday cup #
Faraday Cup Nummer.


Gas pressure
Gasdruck in der Quelle [mb].


Gas type
Angaben zum Gastyp.


Time base spectrum 4
Zeitbasis für das 4. Spektrum. Die Angabe von n (ganzzahlig) ergibt einen Zeitakt 2^(-n) MHz. Zur Vermeidung eines Überlaufs des 16-Bit Zeitzählers ist der Takt auf 500kHz begrenzt (n>0).


Ion current converter
Die Ionenstrom-Konverter-Einstellung wird nur ausgelesen und die Werte im Header des Spektrum abgelegt. Sollte die Einstellung verändert werden, so wird ein ’Update Converter data’ nötig.


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3.4 Funktionen bei laufendem Experiment


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3.4.1 Stop experiment

Die Messung wird gestoppt und die Daten werden zum Host-Rechner übertragen (Siehe Archivierung der Daten.). Im Modus "Test Run" wird allerdings zuerst abgefragt, ob die Daten gerettet werden sollen, Default ist "no".

Treten bei der Datenübertragung Probleme auf, so erfolgt eine Fehlermeldung. Die Daten bleiben erhalten und der Stop kann wiederholt werden.


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3.4.2 Save spectrum

Alte Version:
Während der laufenden Messung kann das Spektrum zum Host-Rechner gerettet werden. Auf einem Unix-Host wird dabei ein bereits existierendes Spektrum gleichen Namens überschrieben. Ebenso wird ein auf diese Weise gerettetes Spektrum am Ende bei einem "Stop experiment" wieder überschrieben (nicht im Modus "Test Run"). Soll es erhalten bleiben, so muss es zuvor umbenannt werden.

Neue Version:
Es existieren mehrere Möglichkeiten um während einer laufenden Messung das Spektrum zum Host-Rechner zu retten:

Number of backups
Es wird höchstens die angegebene Anzahl Backups durchgeführt.

Time between backups [min]
Zeitlicher Abstand zwischen den Backups in Minuten und Zeit bis zum ersten Backup. Im Falle einer Scan-Messung wird nach Ablauf dieser Zeit ggf. noch auf das Ende eines Scan-Durchlaufs gewartet (s.u.).

Save to master(0)/new(1) file
Das Backup kann sowohl auf den normalen Daten-File (Master) erfolgen, der dann jeweils überschrieben wird, oder es wird jedes Mal ein neuer File angelegt, dessen Name Datum und Uhrzeit enthält.

Stop data while saving(0/1) bei Messungen von Spektren
Wenn die Messung während des Backups weiterläuft könnte das ein ’schiefes’ Spektrum zur Folge haben falls die Zeit für die Datenübertragung nicht deutlich kürzer ist als die Messzeit.
Save at end of scan(0/1) bei Scan-Messungen
Ein Backup mitten in einem Scan-Durchlauf hat eine Stufe in den Messdaten zur Folge.


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3.4.3 Show header

Zeigt die wichtigsten Daten des Headers, der jedem Spektrum beigefügt ist:

Die Darstellung des Headers kann mit der Leertaste wiederholt und mit der Return-Taste beendet werden. Für ein nicht existierendes Spektrum (Status new) erfolgt eine gekürzte Ausgabe.


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3.4.4 Analyse spectrum

Startet als Subtask ein Auswerteprogramm zur graphischen Darstellung und Auswertung des aktuellen Spektrums. Eine gestartete Messung läuft während der Auswertung weiter. Nach Verlassen des Auswerteprogramms wird in das Messprogramm zurückgekehrt. Üblicherweise kann das Startup-Verhalten der Auswerteprogramme konfiguriert werden (^Z -> Set configuration -> Startup mode).

MASS verwendet standardmäßig das Programm PEAK3 als Auswerteprogramm. Unter "Set Configuration" kann ein anderes Auswerteprogramm konfiguriert werden.


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3.4.5 Detach MASS

Hiermit kann das Messprogramm verlassen werden, ohne dass die Messung unterbrochen wird. Die Kontrolle über das Messprogramm gewinnt man zurück durch einen erneuten Start.

Achtung: es existiert zur Zeit keine Sicherung gegen ein weiteres Starten eines anderen Messprogrammes, das die laufende Messung stören w#"urde!


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3.5 MASS Konfigurations-Menü

Unter diesem Konfigurations-Menü erfolgen alle notwendigen Anpassungen des Programmes. Beim allerersten Start des Messprogrammes wird dieser Menüpunkt stets automatisch aufgerufen. Danach sollte er nur noch bei Konfigurationsänderungen benutzt werden.


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3.5.1 Return

Rückkehr zum Top-Menü.


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3.5.2 General parameters

Name of experiment
Dieser Name wird im Header des Spektrums als Experimentname eingetragen.


Print verbose messages
Bei Angabe einer "1" werden ausführlichere Meldungen ausgegeben.


Delay messages
Gelegentlich wird eine vorausgehende von einer nachfolgenden Meldung so rasch überschrieben, dass sie nicht gelesen weren kann. Hier kann für Meldungen eine Mindestverweilzeit (in Sek.) auf dem Bildschirm angegeben werden. Dies verzögert natürlich die Bedienung des Programmes und sollte deshalb nur für Testzwecke eingeschaltet werden.


Check task stack
Unter VxWorks wird der Stack einer Task aus Zeitgründen nicht auf Überlauf geprüft. Ein Überlauf führt in der Regel jedoch zur Zerstörung der Task und auch des Systems. Eine "1" führt beim Stop der Task zu einer Prüfung des Stack. Im Allgemeinen nur bei Problemen notwendig.


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3.5.3 Background program

Unter dem Menüpunkt "Analyse spectrum" wird ein Auswerteprogramm gestartet, das an dieser Stelle spezifiziert werden muss. Im folgenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass das Messprogramm MCA das Auswerteprogramm PEAK3 verwendet.

Abhängig davon ob als Laborrechner ein VME-System oder ein INTEL-System im Einsatz ist, sind die Angaben unterschiedlich:

File:
   VME->   /usr/exp/ex_prog/peak3v.o
   INTEL-> /usr/exp/ex_prog/peak3.out

Dies ist der Pfad zum Auswerteprogramm PEAK3.

Symbol: 
   VME->   _peak3
   INTEL-> peak3

Dies ist das Symbol unter dem PEAK3 unter VxWorks registriert ist.

Task: tMcaBg

Dies ist ein frei wählbarer Task-Name für das Auswerteprogramm, der sich jedoch von allen bereits vorhandenen Task-Namen unterscheiden muss.

Argmts:
   VME->   ,,"peak3_mca.vxw",,'S'
   INTEL-> ,,"peak3_mca.vxwi",,'S'

Dies sind die Argumente, die dem Auswerteprogramm mitgegeben werden können. Bei den Standardauswerteprogrammen (PEAK, WQA, IAC, IAP, LAC usw.) haben sie folgende Funktion:


Task priority: 100
Priorität unter der die Auswertung läuft. 100 ist ein guter Wert!


Task options: 0x00000008
0x00000008 bedeutet, dass die Task den Floating-Point-Prozessor benutzt.


Task stack: VME-> 5000 | INTEL-> 8000
Unter VxWorks wird das Stack einer Task aus Zeitgründen nicht dynamisch verwaltet, sondern beim Start fest zugeteilt. Es muss ausreichend groß gewählt werden, da es während der Laufzeit nicht überwacht wird und ein Überlauf zur Zerstörung von Task und System führt. Für die Standardauswerteprogramme ist 5000 bzw. 8000 ausreichend, ansonsten sollte man eher einen Werte von 20000 nehmen.


Unload: 1
Eine "1" bedeutet, dass das Auswerteprogramm nach der Rückkehr ins Messprogramm wieder aus dem Speicher gelöscht wird. Dies sollte die Regel sein.


Stack check: 0
Unter VxWorks wird das Stack einer Task aus Zeitgründen nicht auf Überlauf geprüft. Ein Überlauf führt in der Regel jedoch zur Zerstörung der Task und auch des Systems. Eine "1" führt beim Stop der Task zu einer Prüfung des Stack. Im Allgemeinen nur bei Problemen notwendig.


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3.5.4 Data Routing hardware

Falls das Data-Routing im Experiment zum Einsatz kommt, muss die Software wissen, auf welchem Wege das Data-Routing an den Laborrechner angeschlossen ist.

Anschluss an einen VME-Rechner:

Anschluss an einen INTEL-Rechner:
Das Data-Routing ist über USB an den Laborrechner angeschlossen und kann deshalb vom Messprogramm gesucht und gefunden werden:

Die erste Liste zeigt alle über USB angeschlossenen Geräte. Der Data-Routing Anschluss zeigt sich als:

FTDI FT2232H MiniModule IAMP-DataRout

Der Datentransfer erfolgt über zwei Ports des TTY-Treibers. Mittels Statusabfragen über die ersten acht Ports kann das Data-Routing gefunden werden. Die zweite Liste zeigt das Ergebnis der Abfragen und markiert den Data-Routing-Anschluss.


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3.5.5 Control Routing hardware

Falls das Control-Routing im Experiment zum Einsatz kommt, muss die Software wissen, auf welchem Wege das Control-Routing an den Laborrechner angeschlossen ist.

Anschluss an einen VME-Rechner:

Anschluss an einen INTEL-Rechner:
Das Control-Routing ist über USB an den Laborrechner angeschlossen und kann deshalb vom Messprogramm gesucht und gefunden werden:

Die erste Liste zeigt alle über USB angeschlossenen Geräte. Der Control-Routing Anschluss zeigt sich als:

FTDI FT2232H MiniModule IAMP-CntlRout

Der Datentransfer erfolgt über zwei Ports des TTY-Treibers. Mittels Statusabfragen über die ersten acht Ports kann das Control-Routing gefunden werden. Die zweite Liste zeigt das Ergebnis der Abfragen und markiert den Control-Routing-Anschluss.


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3.5.6 Ion current converter

Der Ionenstrom wird über einen Spannungs-Frequenz-Konverter in eine Frequenz gewandelt. Der Konverter ist so ausgelegt, dass er bei Vollausschlag auf dem Elektrometer 500kHz abgibt. Für die einzelnen Messbereiche kann es jedoch geringfügige Abweichungen geben, die durch eine exakte Messung bestimmt werden müssen. In den Ionenstrom-Konversions-Faktoren können diese Abweichungen berücksichtigt werden.


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3.5.7 Gauss to mV conversion

Festlegen des Konversionsfaktors (Gauß/mV) zur Umrechnung der vom Gaußmeter gelieferten Spannung in Gauß-Werte des Magnetfeldes. Das Gaußmeter sollte mit den richtigen Einstellungen (Siehe Gaußmeter.) bei 10kGauss am Ausgang 10V liefern, d.h. Konversionsfaktor = 1 Gauss/mV. Nach erfolgtem Nullpunktabgleich des Gaußmeters den Magneten auf einen definierten, hohen Wert fahren (braucht einige Zeit!) und den vom Gaußmeter gelieferten Spannungswert messen.


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4 Archivierung der Daten

Die Labor-Rechner verwenden in der Regel keine eigenen Medien zum Speichern der Messdaten sondern sie benutzen die Dienste von Servern im Netzwerk.

Unter VxWorks, dem Betriebssystem der Labor-Rechner, wird im Boot-File des Labor-Rechners der Server und der User-Account festgelegt, von dem das System gebootet wird. Nach dem Booten eines Labor-Rechners ist, wie bei einem normalen Login, die Home-Directory des Users als Work-Directory eingestellt. Mit cd "path" ("’s nicht vergessen!) bewegt man sich in fast gewohnter Weise durch die Directory-Hierarchie. Die Schreibweise für Pfadangaben richtet sich nach dem Host-Rechner.

Diese Netzwerkzugriffe erfolgen über RSH. Der File $HOME/.rhosts muss dafür die entsprechende Freigabe enthalten.

Für den Transfer großer Datenmengen, insbesondere bei "List-Mode" Messungen, ist RSH jedoch weniger geeignet. In solchen Fällen sollte der Datentransfer über NFS erfolgen. Dazu muss auf dem Host-Rechner der /etc/exports File die notwendigen Freigaben enthalten und in dem Boot-Script-File

$HOME/ex_home/ex_param/startup.vxw  (VME-Rechner)
$HOME/ex_home/ex_param/startup.vxwi (INTEL-Rechner)

müssen die benötigten NFS-Verbindungen eingetragen sein.

Um das Ganze übersichtlich zu halten, werden die Labor-Systeme in der Regel zur Zeit folgendermaßen betrieben:


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5 Statusanzeigen auf dem Bildschirm

In der obersten Zeile wird an erster Stelle der Name des Programmes dargestellt. 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 über die augenblicklichen Aktivitäten des Programmes.


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6 Anhang


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6.1 Messdatenformat


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6.1.1 Struktur der MASS-Dateien

Die MASS-Messdaten-Files entsprechen dem Strahlenzentrumsstandard und können deshalb mit einer Anzahl vorhandener Programme weiterverarbeitet werden. Sie beginnen mit einem Header von 512 Bytes Länge, der am Anfang einen standardisierten Teil enthält und anschließend noch eine Reihe weiterer Daten (z.B. Lifetime-, Realtime-Zähler usw.), zu denen man über die Include-Files ~/ex_home/ex_src/.../mass.conf und mass.h Zugang hat.

Anschließend folgen die 4 Spektren in der Reihenfolge:

  1. Primärionenstrom
  2. Magnetfeld am Anfang (100ms) der Messintervalle
  3. Magnetfeld-Mittelwert der Messintervalle
  4. Messzeit pro Kanal

Die Länge der Spektren ist wählbar. Die Kanäle der Spektren sind als INTEGER*4 (BYTES = 4) deklariert, d.h. jeder Kanal kann ca. 4*10^9 Ereignisse aufnehmen.

---
 |
 | Header, 512 Bytes
 |
---
 |
 | Primärionenstrom, (Anz. Kanäle * 4) Bytes
 |
---
 |
 | Magnetfeld am Anfang eines Kanals (Anz. Kanäle * 4) Bytes
 |
---
 |
 | Magnetfeld-Mittelwert eines Kanals (Anz. Kanäle * 4) Bytes
 |
---
 |
 | Messzeit pro Kanal, (Anz. Kanäle * 4) Bytes
 |
---

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6.1.2 Struktur des MASS-Headers

#define lIDHDR 8
#define lHDLEN 1
#define lEXPMNT 6
#define lIDPRG 8
#define lSTDAT 9
#define lSTTIM 8
#define lSPDAT 9
#define lSPTIM 8
#define lSPENAM 8
#define lSPTYPE 4
#define lROWS 6
#define lCOLS 6
#define lBYTES 1
#define lHDFREE 4
#define lRESRV 38
#define lLTXT 4
#define lTEXT 80
Plattformabhängige Definitionen:
UINT2: 2 Bytes "unsigned int"
UINT4: 4 Bytes "unsigned int"

typedef union {
    struct {
        struct {
            char idhdr[lIDHDR];   /* ID of header: "STRZ-VXW" (VME) | "STRZ-VXI" (INTEL) */
            char hdlen[lHDLEN];   /* Length of header: "1" */
            char expmnt[lEXPMNT]; /* Experiment */
            char idprg[lIDPRG];   /* ID of generating Program: "MASS" */
            char stdat[lSTDAT];   /* Date of start */
            char sttim[lSTTIM];   /* Time of start */
            char spdat[lSPDAT];   /* Date of stop */
            char sptim[lSPTIM];   /* Time of stop */
            char spenam[lSPENAM]; /* Name of spectrum */
            char sptype[lSPTYPE]; /* Type of spectrum: "MCA2" */
            char rows[lROWS];     /* Number of rows: "     4" */
            char cols[lCOLS];     /* Channels/row: " <var>" */
            char bytes[lBYTES];   /* Bytes/channel: "4" */
            char hdfree[lHDFREE]; /* First free byte in header (0,...) */
            char resrv[lRESRV];   /* Reserved */
            char ltxt[lLTXT];     /* Length of text: "80" */
            char text[lTEXT];     /* Text */
        } stddat;   /* Standard data of header */
        struct {
            UINT2 status;       /* Status of spectrum */
            UINT4 rltcnt;       /* Realtime */
            UINT4 lftcnt;       /* Lifetime */
            UINT4 datcnt;       /* Processed positions */
            UINT4 outcnt;       /* Positions out of range */
            UINT4 ioncnt;       /* Counter 3, ion data */
            UINT4 timcnt;       /* Counter 4, timer data */
            UINT4 gaucnt;       /* Counter 5, Gauss data */
            UINT4 seqcnt;       /* Sequence errors */
            UINT4 bovcnt;       /* Buffer overruns */
            UINT4 rejcnt;       /* Rejected data */
            UINT4 errcnt;       /* Error counter */
            UINT4 fulcnt;       /* Fifo full counter */
            UINT4 hdatid;       /* Data ID; !!!STRZ-VXW only!!! */
            UINT2 staplo;       /* Status of plot */
            UINT2 slen;         /* Length of single spectrum  */
            REAL4 expar[14];    /* Extended MASS parameters */
            char gastype[50];   /* Type of gas, MASS only */
            UINT4 runtim;       /* Realtime to run experiment [s] */
        } spcdat;   /* Special data of header */
    } hdata;        /* Header data */
    struct {
        char h512[512];         /* Fill 512 bytes block */
    } htotal;        /* Total header */
} HEADER;

Experiment-Parameter:
EXPAR[ ] |  ESS-Programm        |  ESW-Programm         |  MASS-Programm
---------+----------------------+-----------------------+----------------------
   0     | Startenergie [eV]    | Elektronenenerg. [eV]	| Startmagnetfeld [kGauss]
   1     | Endenergie [eV]      |         -             | Endmagnetfeld [kGauss]
   2     |             Ionenladung q                    | Accel. voltage [kV]
   3     |             Ionenmasse [amu]                 | Diaphragm horizontal [mm]
   4     |             Ionenenergie [keV]               | Diaphragm vertical [mm]
   5     |             Efficiency [%]                   | Faraday Cup #
   6     |             Teiler Zeitbasis 4.Spektrum
   7     |             Elektronenstromkonv. Bereich     | Gasdruck [mb]
   8     |             Elektronenstromkonv. F.S. [Hz]   | Gauss -> mV [Gauss/mV]
   9     |             Ionenstromkonverter Bereich
  10     |             Ionenstromkonverter Full Scale [Hz]
  11     | Startup Wartezeit [s]| Teiler Winkelschrittg.| Startup Wartezeit [s]
  12     | Pausenzeit [ms]      | Winkelschrg. [Imp/10mm] Pausenzeit [ms]      
  13     | Messzeit [ms]        |         -             | Messzeit [ms]        

Header Typen

/****** Header ID ******/
STRZ-VXW    /* VME/VxWorks-type header */
STRZ-VXI    /* Intl/VxWorks-type header */
STRZ-LNX    /* I86/Linux-type header */
STRZ-VAX    /* VAX/VMS-type header */
STRZ-ULT    /* DS5000/Ultrix-type header */
STRZ-OSF    /* Alpha/OSF1-type header */

Alignment in Structure
In einer Structure werden die Daten abhängig von Rechnersystem und Compiler unterschiedlich an Vielfachen von Bytes ausgerichtet. Dieses Alignment vereinfacht i.a. die Speicherzugriffe.


IEEE Endien

IEEE Big Endien:    höchstwertiges Byte zuerst
IEEE Little Endien: niederwertiges Byte zuerst

               Integer    Single     Double
VXW-Header:    Big I      Big S      Big T
VXI-Header:    Little I   Little S   Little T
LNX-Header:    Little I   Little S   Little T
VAX-Header:    Little I   VAX F      VAX D 
ULT-Header:    Little I   Little S   Little T
OSF-Header:    Little I   Little S   Little T




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6.2 ESW/ESS/MASS Hardware

abb2_H


abb1_H



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6.2.1 ESW/ESS/MASS Control-Routing

|====================|
|Read/Reset-Verteiler|
|(Slot18,19)       In|<-.
|       4 * Reset Out|--|---------> Reset (Data-Routing[1])
|        4 * Read Out|--|---------> Read (Data-Routing[2])
|====================|  |
| ESW/ESS-Umschalter |  |
|SCAN/DCB-Karte      |  |
|(Slot16,17)         |  |
|        Gate ESS Out|--|---------> Gate-Sign.-Vert. (Data-Routing[3])
|        Read ESS Out|--|---------> ESS-Kontr./Kanalnr., Read (Data-Routing[4])
|        Read ESW Out|--|---------> ESW-Kanalnummer (Data Routing[5])
|      Read/Reset Out|--' 
|         Gate ESS In|<-----.
|         Read ESS In|<-.   |
|         Read ESW In|<-|---|------ Winkelschrg.-Teiler, Out2 (Winkelschrg.-Elektr.[6])
|====================|  |   |
| Progr. Totzeit   In|<-|---|----- Ionisationssignal (CFD NIM-Crate)
|(0x60/61/62)     Out|--|---|----> Ionisationssignal (Data Routing[7])
|--------------------|  |   | 
|   Adress-Decoder   |  |   |
|(Slot14)            |  |   |
|====================|  |   |
| Interrupt Eingabe  |  |   |
|(0x35)      !Busy In|<-|---|------ ESS-Kontrolle, Busy (Data-Routing[8])
|          Read/Reset|--'   |
|               Start|<---. | 
|--------------------|    | | 
|  Messber.-Eingabe  |    | | 
|(0x34)       Ser. In|<---|-|------ Messbereichssignal
|--------------------|    | |
| Zeittakt-Ausgabe   |    | |
|(0x33)           Out|----|-|-----> Messzeit, Count (Data Routing[9])
|--------------------|    | |
| Pausenzeit-Ausgabe |    | |
|(0x32)    !Intervall|--. | |
|--------------------|  | | |
|  Messzeit-Ausgabe  |  | | |
|(0x31)    Ext. Start|<-' | |
|          !Intervall|----' |
|           Intervall|------'
|--------------------|
|Kanalnummer-Ausgabe |
|(0x30)       20 pol.|-----------> ESS-Kanalnr., 20 pol. (Data Routing[10])
|--------------------|
|   Adress-Decoder   |
|(Slot07)            |
|====================|
| ADC2-Dateneingabe  |
|(0x07)     8-fach In|<----------- Abschaltautomatik D-Sub25 2
|--------------------|
| ADC1-Dateneingabe  |
|(0x06)     8-fach In|<----------- Abschaltautomatik D-Sub25 1
|--------------------|
| PSO2-Datenausgabe  |-----> LWL1, DAC0/1: P6 FUG 140-6500 / frei
|(0x04/05)   Ser. Out|-----> LWL0, DAC0/1: P2,P3 TREK 609E-6 / Koll. FUG 4200-3500
|--------------------|
| PSO1-Datenausgabe  |-----> LWL1, DAC0/1: P1,P4 FUG 140-2000 / frei
|(0x02/03)   Ser. Out|-----> LWL0, DAC0/1: P1,P4 Sollwert grob / frei
|--------------------|
| PSO0-Datenausgabe  |-----> LWL1, DAC0/1: Kath. FUG140-3500 / frei
|(0x00/01)   Ser. Out|-----> LWL0, DAC0/1: Kath.,P5 Sollwert grob / fein
|--------------------|
|   Adress-Decoder   |
|(Slot01)            |
|====================|




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6.2.2 ESW-Winkelschrittgeber-Elektronik

|                    |
|====================|
|Winkelschrg.-Teiler |
|(ESW Messungen)  Out|-----------> ESW-Kanalzähler (Data Routing[11])
|              UP/!DO|-----------> ESW-Kanalzähler (Data Routing[12])
|                 Res|-----------> ESW-Kanalzähler (Data Routing[13])
|                Out2|-----------> ESW/ESS-Umschalter (Control Routing[6])
|        Phono Buchse|<----------- Winkelschrittgeber e-Kanone
|====================|
|                    |

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6.2.3 ESW/ESS/MASS Data-Routing

Die Messprogramme erwarten folgende Anordnung der Interface-Karten im Data-Routing (von links):

IFS  Karte	(Modus: RUN, FREI)
Pos-Karte	(Kanalnummer; ESS, MASS; auf Vorrang verdrahtet!)
IFS  Karte	(Modus: RUN)
U/D-Zähler	(Positionszähler; ESW)
IFS  Karte	(Modus: RUN, K2)
U/D-Zähler	(Zähler 1; Ionisationssignal; ESW, ESS)
IFS  Karte	(Modus: RUN, K2)
U/D-Zähler	(Zähler 2; Primärionenstrom; ESW, ESS, MASS)
IFS  Karte	(Modus: RUN, K2)
U/D-Zähler	(Zähler 3; Elektronenstrom; ESW, ESS)
IFS  Karte	(Modus: RUN, K2)
U/D-Zähler	(Zähler 4; Messzeit; ESW, ESS, MASS)
IFS  Karte	(Modus: RUN, K2)
U/D-Zähler	(Zähler 5; Gaußmeter; MASS)
IFS  Karte	(Modus: LFT, FREI)
SCAN-Karte	(SCAN-Kontrolle; ESW, ESS, MASS)



|===============|
|Gate-Signal    |
| Verteiler   In|<---------<ESW/ESS-Umschalter, Gate ESS out (Contr.-Rout.[3])
|        8 * Out|------.
|===============|      |
|ESS-Kontrolle  |      |
|(Scan-Karte)   |      |
|           BUSY|------|--->Interrupt Eingabe (Contr.-Rout.[8])
|           READ|<-----|---<ESW/ESS-Umschalter, Read ESS out (Contr.-Rout.[4])
|---------------|      |
|IFS (RUN,FREI) |      |
|===============|      |
|U/D-ZLR    Gate|<-----+
|          RESET|<---. |
|           READ|<-. | |
|          COUNT|<-|-|-|---<Gaußmeter VFC
|---------------|  | | |
|IFS  (RUN, K2) |  | | |
|===============|  | | |
|U/D-ZLR    Gate|<-|-|-+
|          RESET|<-|-+ |
|           READ|<-+ | |
|          COUNT|<-|-|-|---<Messzeit (Contr.-Rout., Zeittakt[9])
|---------------|  | | |
|IFS  (RUN, K2) |  | +-|---<Reset-Verteiler (Contr.-Rout.[1])
|===============|  +-|-|---<Read-Verteiler (Contr.-Rout.[2])
|U/D-ZLR    Gate|<-|-|-+
|          RESET|<-|-+ |
|           READ|<-+ | |
|          COUNT|<-|-|-|---<Elektronenstrom VFC
|---------------|  | | |
|IFS  (RUN, K2) |  | | |
|===============|  | | |
|U/D-ZLR    Gate|<-|-|-+
|          RESET|<-|-+ |
|           READ|<-+ | |
|          COUNT|<-|-|-|---<Primärionenstrom VFC
|---------------|  | | |
|IFS  (RUN, K2) |  | | |
|===============|  | | |
|U/D-ZLR    Gate|<-|-|-'
|          RESET|<-|-'
|           READ|<-'
|          COUNT|<------<Ionisationssignal (Contr.-Rout., Progr. Totzeit[7])
|---------------|
|IFS  (RUN, K2) |
|===============|
|ESW-Kanalnummer|
|U/D-ZLR     U/D|<------<Richtung   (Winkelschrg.-Teiler[12])
|          RESET|<------<Normierung (Winkelschrg.-Teiler[13])
|           READ|<------<ESW/ESS-Umschalter, Read ESW out (Contr.-Rout.[5])
|          COUNT|<------<Kanalfortschltng (Winkelschrg.-Teiler[11])
|---------------|
|IFS (RUN,FREI) |
|===============|
|ESS-Kanalnummer|
|(POS -Karte)   |
|     20 pol. In|<------<ESS-Kanalnummer, 20 pol. (Contr.-Rout.[10])
|           Read|<------<ESW/ESS-Umschalter, Read ESS out (Contr.-Rout.[4])
|---------------|
|IFS (RUN,FREI) |
|===============|