ГЛАВА 8

Общие принципы организации системы сбора и обработки данных.
Формирование триггера.
Структура NTPL – файла, основные переменные записи.
Понятие элемента детектора и кластера, предварительная обработка событий

     Система сбора данных эксперимента служит для сбора сигналов со всех детекторов установки, оцифровки сигналов и их записи на постоянные носители информации, а так же для настройки и контроля работы экспериментальной установки. В настоящее время в ядерной физике и физике элементарных частиц в качестве стандарта для построения систем сбора данных приняты стандарты САМАС (Computer Automated Measurement And Control) и VME. (VERSA Module Europe). Они представляют собой модульные системы, состоящие из различных приборов, а также цифровой стандартизованный интерфейс, используемый для компьютерной автоматизации и управления измерениями. Электроника системы сбора данных (Амплитудно-цифровые и время-цифровые преобразователи, счётчики и т.д.) выполняется в виде отдельных сменных модулей с интерфейсами САМАС или VME в зависимости от выбранного стандарта. Эти модули помещаются в один или несколько контейнеров (крейтов), которые предоставляют возможность обмена данными между различными модулями по внутренней шине. Одним из модулей в крейте обязательно является контроллер крейта. Общий вид крейтов САМАС и VME с помещёнными в них модулями показан на рис. 8.1. Как правило, один или несколько модулей системы имеют интерфейс для связи с персональным компьютером или же сами являются ЭВМ, выполненным в виде отдельного модуля. Важным элементом системы является программное обеспечение, посредством которого осуществляется управление экспериментальной установкой.

В качестве примера рассмотрим систему сбора данных уже упоминавшегося эксперимента GRAAL (рис. 8.2). Электроника реализована в модулях как системы САМАС, так и VME. Связь между модулями системы САМАС и VME осуществляется через модуль FASIC. Данные с каждого из детекторов установки поступают в модули САМАС и VME по шинам стандарта FERA (Fast Encode Readout ADC) и ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

    Управление оптической системой лазера осуществляется с персонального компьютера (PC), через модуль PCAS1C, связанного с PC по шине стандарта GPIB (IEEE bus). Управление всей установкой осуществляется с рабочей станции SUN, связанной с модулем MVME167 посредством ETHERNET соединения. Модуль MVME167 представляет собой одноплатный компьютер, который служит для управления модулями VME по запросам с компьютера SUN. При помощи программы AKIGRAAL, запускаемой с SUN, контролируется работа установки и организуется сбор данных и их запись на DLT ленту. Объем одной ленты DLT равен 10 Гб. Система сбора данных GRAAL может обработать событие с объёмом ~3200 бит за время ~17.5 мксек без передачи по ETHERNET и записи на DLT ленту, что соответствует загрузке (потоку данных) ™ 23 Мб/сек. Скорость ETHERNET составляет 600 Кб/сек, скорость записи на DLT ленту ~ 300 Кб/сек.
    В эксперименте, поток данных и объём одного события зависят от настроек установки и интенсивности пучка гамма-квантов и составляет в среднем 100-150 Кб/сек и ~ 700 байт, соответственно.
    Сигналом, указывающим системе сбора данных начать запись события, является так называемый триггер. Различают физический или жесткий триггер, соответствующий жестко заданным условиям отбора, и компьютерный или мягкий триггер, формируемым программным способом. Физический триггер в установке GRAAL формируется при выполнении следующих условий: BGO - калориметр срабатывает в совпадении с системой мечения. При этом для того, чтобы отрезать события, не соответствующие рождению мезонов, порог срабатывания BGO калориметра (минимальное суммарное энерговыделение) устанавливается на уровне 200 МэВ. Этот порог задается дискриминатором и не может меняться программным способом.
    Число “мягких” триггеров зависит от конкретного алгоритма анализа. Например, для изучения фоторождения 3 заряженных частиц в конечном состоянии используется отбор событий, когда двойная стена пластиковых сцинтилляторов и “Barrel” срабатывают в совпадении с системой мечения. При этом, количество событий в двойной стене пластиковых сцинтилляторов должно быть более двух, а в детекторе “Barrel” - более одного. Триггер монитора пучка формируется при совпадении сигнала от системы мечения с сигналом от детектора “Spaghetty” или тонкого монитора.

Дополнительная литература:

1. GRAAL homepage: http://www.infn.it/levisand/graal/graal.html

_24.04.2014