【摘要】：隨著大型重離子加速器的興建和粒子探測技術(shù)的迅速發(fā)展,重離子物理發(fā)展成為原子核物理的一個重要領(lǐng)域。重離子物理的發(fā)展離不開重離子加速器,目前,國內(nèi)外已經(jīng)完成建造或正在建造各種重離子加速器科學裝置。為使我國重離子物理研究在國際上占有一席之地,我國自行設(shè)計并建設(shè)了蘭州重離子加速器(HIRFL, Heavy Ion Research Facility at Lanzhou)。 蘭州重離子加速器系統(tǒng)及其冷卻儲存環(huán)(HIRFL-CSR)外靶實驗探測裝置包括：起始時間探測器,靶區(qū)γ探測器,大接收度二極磁鐵,若干個多絲漂移室(MWDC, Multi Wire Drift Chamber),3個飛行時間(TOF, Time Of Flight)墻探測器和大型中子墻探測器。各種探測器分布在實驗大廳不同位置,其測量目標不同、輸出信號具有不同的特性,各前端電子學測量模塊采用不同的設(shè)計方案,整個電子學系統(tǒng)具有分布式的特點。 CSR外靶實驗中,各探測器探測到的信息中,除了有用的次級粒子外,還包括很多無用粒子,并且探測器及其電子學中存在噪聲。為了剔除這些無效信息和本底噪聲,將研究一個專門的觸發(fā)判選系統(tǒng),根據(jù)有效事例次級粒子間的時間和邏輯關(guān)系,產(chǎn)生總觸發(fā)信號反饋至前端電子學測量模塊中,用于感興趣事例數(shù)據(jù)的讀出。為了對實驗反應(yīng)進行分析,需要一個數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)將各個測量模塊的讀出數(shù)據(jù)匯總到一起,組裝成完整的事例。 本論文研究過程中,對國際上一些大型物理實驗的觸發(fā)判選系統(tǒng)和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)進行了調(diào)研,再結(jié)合CSR外靶實驗本身的特點——探測器種類多、分布在實驗大廳的各個地方、電子學通道數(shù)目龐大等,研究了適合本實驗的數(shù)據(jù)傳輸和觸發(fā)判選系統(tǒng)。 CSR外靶實驗中,數(shù)據(jù)傳輸采用多節(jié)點的事例重組。前端電子學測量模塊基于PXI6U標準設(shè)計,測量數(shù)據(jù)在測量模塊內(nèi)部經(jīng)過緩存和處理,進行初級事例組裝：使用基于數(shù)據(jù)重傳、定時啟動的突發(fā)傳輸,將數(shù)據(jù)匯總至PXI機箱控制器中,完成事例次級組裝；然后通過以太網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAQ刀片處理器中進行最終數(shù)據(jù)組裝。整個過程中,保證傳輸?shù)姆�(wěn)定性、數(shù)據(jù)的正確性和完整性,最終得到有效的完整事例。 觸發(fā)判選系統(tǒng)采用層次化的觸發(fā)判選機制,在前端電子學測量模塊中完成有效擊中信息的提取,送至PXI機箱中星形觸發(fā)槽的子觸發(fā)判選模塊,對有效擊中信息進行判選,產(chǎn)生子觸發(fā)信息；然后將所有子觸發(fā)信息匯總到總觸發(fā)模塊,由總觸發(fā)模塊完成最終的觸發(fā)判選,產(chǎn)生總觸發(fā)信號反饋至子觸發(fā)模塊,再通過星形觸發(fā)線扇出至測量模塊中,用于有效數(shù)據(jù)讀出。為了實現(xiàn)遠距離,總觸發(fā)模塊與子觸發(fā)模塊間采用光纖傳輸觸發(fā)信息,同時隔離了各機箱間的電氣連接。采用FPGA來完成核心觸發(fā)判選算法,實現(xiàn)觸發(fā)系統(tǒng)的可重構(gòu)性,提高系統(tǒng)的靈活性。目前僅根據(jù)當前實驗需要實現(xiàn)了相應(yīng)算法,以后的實驗中可能需要更多更復(fù)雜的算法,在不修改硬件的前提下更新FPGA邏輯即可實現(xiàn),系統(tǒng)的升級得到保障。 基于上述方案,完成了數(shù)據(jù)傳輸和觸發(fā)判選電子學硬件設(shè)計及其算法實現(xiàn),并進行實驗室電子學性能的測試。首先對光纖傳輸性能進行了測試,包括眼圖測試和誤碼率測試；然后對各級觸發(fā)功能進行了測試。觸發(fā)判選功能得到驗證后,與前端電子學測量模塊一起組建完整電子學平臺,進行了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y試。測試結(jié)果表明,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定,得到的數(shù)據(jù)完整、正確；觸發(fā)功能滿足當前實驗的需求。 在論文的最后,總結(jié)了CSR外靶實驗數(shù)據(jù)傳輸和觸發(fā)判選的相關(guān)研究工作,展望下一步的工作。并針對今后實驗的需求,提出了可能的升級方案。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TL56

【參考文獻】

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本文編號：2651935