ETOF升级的工程考虑PPT课件

ETOF升级的工程考虑 1 提纲 工程总体概况任务分解各系统任务介绍进度安排小结 2 工程总体概况 目的 解决由于散射等原因造成时间分辨差的问题 使 K鉴别达到1 0GeV 3 应对关键物理问题的研究需要指标 世界水平 本征60ps 总分辨80 100ps预研 束流小系统测试已经达到此指标经费 约1500万工期 3年 2013 2015年 按工程管理 质量 经费 进度 档案等 3 束流测试时间分辨好于40ps 600MeV质子 ETOF升级改造方案 每个端盖由36个MRPC探测器模块覆盖 防止死区 双层探测器排列系统组成如下图所示 接下来对各子系统具体介绍 4 系统组成 探测器阵列 工程难点 指标高 国际 80ps 我们60ps探测器优化设计电子学尽量靠近探测器 减少时间晃动空间位置紧张 总厚度50mm防止死区 两层探测器前端电子学 柔性板后端电子学位置 拆装安装考虑大量的噪声各种本底粒子电磁干扰与地线干扰 图双层的探测器设计 5 项目分工 参与ETOF升级的组及主要人员探测器裸室 科大李澄 孙勇杰等前端电子学 江晓山 代洪亮等后端电子学 安琪 刘树彬 曹平等触发系统 刘振安 王科 赵京周等慢控制系统 叶梅 罗小兰等DAQ系统 朱科军 季筱璐等机械工装 刘曙东 马骁妍等离线软件 孙胜森等系统集成 衡月昆 吴智 徐美杭等 6 协调任务 质量 接口 进度 经费 顾问 盛华义 探测器裸室 一 功能任务完成72个 8个备份 MRPC探测器模块的制作 测试 建立批量制作工艺流程和质量控制方案 设计并制作装配工装和模具 建立宇宙线测试系统 进行性能测试 建立质量跟踪和数据库系统 7 探测器裸室 二 探测器设计 每个MRPC模块采用双层12气隙结构 气隙厚度0 22mm 每个模块的信号有12个读出条 读出条宽25mm 条间隙4mm 每个读出条采用双端读出模式 探测器机械尺寸 每个探测器模块的形状为梯形 外边长174mm 内边长114mm 径向长度352mm 裸室净厚度90 噪声计数率 30Hz 道 8 多气隙MRPC方案 探测器裸室 三 接口考虑气体向慢控制组探测器所需流量 压力要求 配合慢控制测量探测器气阻 漏气率等参数 高压由系统集成提供高压系统硬件 软件控制由慢控制完成气盒系统集成完成所有气盒的设计加工 提供给科大使用 探测器组装在科大完成前端电子学输出探测器信号至前端电子学 2020 4 14 9 前端电子学 一 具体任务包括 接收MRPC探测器输出的模拟信号 对其进行放大和甄别 转换为脉冲信号 此脉冲信号前沿代表了模拟信号到达时间 脉冲宽度代表了模拟信号所携带的电荷量 选用适当的电缆及插座将脉冲信号传输到后端时间测量电子学 确保前沿的稳定 为触发判选系统提供击中或信号 作为一级判选的依据 10 前端电子学 二 前端电子学组成 MRPC信号接口板前置放大甄别电路CTTP插件 刻度 触发 阈值 电源 11 图中绿色区域为前端电子学 前端电子学柔性版 前端电子学 三 接口考虑探测器接收MRPC探测器的输出信号 进行放大和甑别后端电子学将模拟信号转换为脉冲信号送给后端电子学 脉冲前沿代表到达时间 脉冲宽度代表了电荷量 触发为触发判选系统提供击中或信号 作为一级判选的依据慢控制电源 电流 电压 温度等参数监控 2020 4 14 12 后端电子学 一 具体任务包括 时间数字化插件 TDIG 研制完成24块9UVMETDIG插件研制 另备份6块 每块插件负责72通道 总共支持1728通道的MRPC读出 主时钟插件研制 两种方案并行开展 升级设计方案 升级设计1块9UVME主时钟插件 另备份1块 每块插件输出15路LVPECL电信号 5路光信号 维持原设计方案 利用有源光驱动技术 实现4路时钟光纤扇出 必要时可在从模块上设计时钟去抖电路 13 1个TDIG插件管3个FEE共72路信号 后端电子学 二 具体任务包括 从时钟扇出插件研制升级设计2块从时钟扇出插件 另备份2块 每块插件接收1路光纤时钟信号 输出18路LVPECL电信号 输出1路光纤时钟信号 快控制插件研制研制3块9UVME快控制插件 另备份2块 桶部功能 4进 4出光纤信号IN 接收1路来自触发系统的命令信号 OUT 扇出3路触发控制至端盖快控制插件 其中备份1路状态输出 IN 接收3路来自端盖快控制插件的状态信息 其中备份1路控制输入 OUT 合并本地状态信息后通过1路光纤发送至触发系统 端盖功能 4进 4出光纤信号IN 接收1路桶部快控制插件转发的命令信号 另备份3路状态输入 OUT 发送1路本地状态信息至桶部快控制插件 另备份3路控制输出 插件支持外触发 LVDS 14 后端电子学 三 接口考虑前端电子学从前放读取探测器击中信息 每个TDIG插件负责72个通道通过快控制插件扇出触发信号DAQ实现电子学插件的配置 实现数据读出 组装等 触发向触发提供快控制和时钟信号慢控制机箱电源 电流 电压 温度等参数控制 2020 4 14 15 触发系统 一 总体改造目标 与原ETOF逻辑近似 现触发逻辑将提供 背对背 NETOF 1 NeTOF 2 等的触发条件的生成 然后提供给总触发逻辑板 具体任务包括 9UFEE接口板信号预处理及光纤接口板ETOF触发逻辑板总触发接口板测试系统 16 触发系统 二 触发接口考虑信号线信号的逻辑电平选用LVPECL 通过专用插座及扁平电缆进行传输 具体插座和电缆型号后续与江晓山讨论决定 电源线电源的供给由标准VME机箱提供 特殊电平由板上器件进行供给 快控制线快控制信号FRST RESET Rev由VME机箱的专用快控制总线获得 提供者为刘树彬 时钟线高速数据传输的时钟由板上晶体提供 系统时钟由刘树彬提供 17 数据获取系统 一 具体任务包括 在BESIII软件框架下开发ETOFDAQ软件利用VME机箱中的系统控制器MVME5100实现电子学插件的配置 包括TDIG插件 快控制插件以及触发插件实现数据读出 机箱级的原始数据组装等BESIIIDAQ系统基本功能支持物理取数运行模式 刻度运行模式以及电子学自检运行模式提供错误报警 在线直方图显示等功能在BESIII取数软件之外 提供单插件测试软件 指标要求与BESIIIDAQ整体指标要求相同 能在事例率4KHz 事例平均长度小于1KBytes的条件下连续稳定获取数据 18 数据获取系统 二 接口考虑触发读取触发信号 获取数据电子学实现电子学插件的配置 实现数据读出 组装等 2020 4 14 19 慢控制系统 具体任务包括 气体系统MRPC工作气体 氟利昂 六氟化硫 异丁烷气体压力流量 质量流 探测器漏气率气阻测量 串并联气管连接方式选择等高压控制提供高压系统软件控制和监测电子学机箱监控提供温湿度 电源 电流 电压等参数控制监测环境监测数据库系统其他小系统测试与控制软件 2020 4 14 20 系统集成 一 高压系统参数要求 高压范围0 8kV 漏电流10nA以下负责硬件系统调研 采购 电缆制作等气体比分监测 正比管 前放 展宽器 Fe55等配合慢控制组 对气盒测试 确定气体系统参数气盒80套 72 8个备份 铝盖板 塑料框 侧面和盖板前放的电磁屏蔽盒调研安装工装 旧TOF拆除 电缆拐弯固定及引出方式 气体接口方式 机柜放置地点等屏蔽考虑 束流本底屏蔽体重新设计 2020 4 14 21 系统集成 二 气盒屏蔽方案侧面和上面屏蔽盒 用于前放屏蔽塑料框 上下铝板 2020 4 14 22 不同材料趋肤深度表 TOF拆装考虑 一 端轭 端部量能器和端部TOF 漂移室 在目前的工作位置 可以将端轭打开 然后装上端部量能器的工装和导轨 将端部量能器沿轴线拉出740mm 也就是说拉开后TOF距离漂移室外端有740mm的空间 人是可以从轭铁旁边进去到达TOF位置处的 TOF在谱仪中的安装位置 拆除贫铀屏蔽挡块 TOF拆装考虑 二 A局部放大 见下页图 TOF屏蔽挡块的位置 TOF拆装考虑 三 1 如果先拆铁块 再拆TOF 圆筒外径720mm 筒壁距离TOF屏蔽铁块最高点只有20mm 而铁块托TOF处的弯头高33mm 所以就算螺钉拆除了 铁块也拿不出来 TOF屏蔽铁块拆除的困难来自该位置处的圆筒 2 如果先拆TOF 再拆铁块 TOF和前面的PMT一起能不能拆得下来 此处有多少间隙 能否允许TOF拆下来 看上去很难 这一圈上的螺钉拆卸困难 螺钉头部距离圆筒36 6mm 工具勉强能伸进去 和下面端部量能器连接的螺纹部分也勉强能松掉 但是螺钉全部拿下来是不可能的 只能挂在铁块上出来 模块由48个变为36个 现有不锈钢挡块和轭铁引出孔空间 红色区域 不满足MRPC电缆和气管等引出 均需要重新设计 螺丝孔尽量不变 进度安排 项目时间为三年 倒序 2015年9 12月 取数与软件 达标2015年6 8月 探测器安装 调试2015年1 5月 探测器整机长期烤机2014年7 12月 批量生产2014年6月 批量生产前评审2014年3 5月 小模型测试2013年11月 2014年2月 小模型生产2013年10月 主要初步设计评审2013年5 9月 各系统初步设计及测试20