赵东旭，章红宇 中国科学院高能物理研究所 核探测与核电子学国家重点实验室 2011.7.7 成都 位置灵敏型中子探测器 数据获取系统开发 赵东旭，章红宇 中国科学院高能物理研究所 核探测与核电子学国家重点实验室 2011.7.7 成都

概要 位置灵敏型中子探测器-多丝正比室探测器应用背景 多丝正比室探测器系统构成 多丝正比室探测器数据获取系统设计 上位机程序设计 控制器程序设计 数据组装 数据分析 总结

散裂中子源 散裂中子源是一种先进的大型科学装置，为众多学科前沿领域的研究提供了一种不可替代的研究工具。它所提供的中子散射技术，是多学科研究中探测物质微观结构和原子运动的强有力的手段。它与同步辐射互补又具有独特和不可替代的作用。 当一个中等能量的质子打到重核（钨、汞等元素）之后会导致重 核的不稳定而“蒸发”出20-30个中子，这样重核“裂开”并向各 个方向“发散”出相当多的中子，大大提高了中子的产生效率， 按这种原理工作的装置称为散裂中子源。

中国散裂中子源（CSNS） 中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source, CSNS）由一台80MeV负氢直线加速器、一台1.6GeV快循环质子同步加速器、两条束流输运线，一个靶站和多台谱仪及相应的配套设施组成。 CSNS的建成，将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源，并进入世界四大散裂中子源行列，为国内外科学家提供世界一流的中子科学综合实验装置，以确保中国在中子科学领域内的先进地位。

CSNS园区效果图

CSNS开工前审批手续的“四部曲” 项目建议书 可行性研究报告 初步设计报告 开工报告 2011年2月24日，国家发展和改革委员会正式下发文件，批复 了中国散裂中子源（CSNS）国家重大科技基础设施项目可行性 研究报告

中国散裂中子源项目一期拟建的三台谱仪分别为： 高通粉末衍射仪（HIPD） 多功能反射仪（MR） 小角散射仪（SANS）

CSNS DAQ

位置灵敏型中子探测器-多丝正比室探测器 多丝正比室(MWPC)探测器 是中国散裂中子源（CSNS）工程-多功能反射仪中子成像探 测器的主探测器。 多丝正比室探测器结构和外观 多功能反射仪中子成像探测器

多丝正比室探测器系统构成 MWPC探测器 电子学（基于VME64X规范设计） 前置放大器（PreAmp） 校准刻度与控制插件（MCAC） 多丝正比室探测器系统结构图 MWPC探测器 电子学（基于VME64X规范设计） 前置放大器（PreAmp） 校准刻度与控制插件（MCAC） 电荷测量插件（MQ） 扇出插件（Fanout） 技术参数 指标 有效面积 20cm×20cm 阳极丝距 2mm 读出通道 200 路（X：100，Y：100）

数据获取系统 6U VME64x机箱 MVME5100控制器（PowerPC体系结构） 交换机 上位机 操作系统： 软件开发环境： 控制器：VxWorks 上位机：Windows7 软件开发环境： 控制器： Tornado 2.0 上位机：Visual studio 2010、LabVIEW 8.2

多丝正比室探测器数据获取系统设计 上位机通过交换机网络发送命令和配置信息给VME机箱 控制器支配控制器工作 数据获取的过程： 上位机通过交换机网络发送命令和配置信息给VME机箱 控制器支配控制器工作 通过VME机箱控制器配置电子学数据获取插件，读取电 子学采集的数据，对数据进行组装，将组装好的数据通 过交换机网络传输到上位PC机 在上位PC机，对组装数据进行解析，获取中子的入射位 置信息，进行实时显示和数据存储。

上位机程序设计 上位机程序给控制器依次发送“LOAD”，“CONF”，“PRER”，“SATR”，“SPTR”，“STOP”，“UNCF”，“UNLD”，“EXIT”命令。上位机程序收到下位机程序退出取数消息后，上位机程序结束。 上位机命令及其意义 上位机程序流程

上位机程序设计 采用C++程序设计语言在Visual Ｃ++ 中编写动态链 接库程序，实现组装配置信息，发送配置信息和命令 给控制器并网络接收来自控制器的信息，接收和汇集 来自控制器的数据，解析和存储数据的功能； 采用LabVIEW图形化编程语言在LabVIEW 8.2中编 写上层用户界面，实现调用动态链接库，创建、打开 文件，将数据存文件，关闭文件，将参数和调用返回 值进行相应的传递、汇合、选取，以及实时的数据分 析和结果显示的功能。

控制器程序设计 为了满足探测器在放射源实验和束流实验中的高事例 率、高数据量的要求，数据获取系统采用了多项技术 提高性能： 多线程 数据环型缓冲区 有限状态机 链式块传输（Chained BLock Transfer，CBLT） 采用C++程序设计语言在上位机的Tornado 2.0交叉 编译环境下编写和编译，然后通过网络下载到控制器 上运行。

控制器程序设计 控制器程序分为Initialized、Loaded、Configured、Ready、Running、Exited六种状态，控制器程序循环地接收命令并根据命令和当前状态执行相应的动作，转向相应的状态并发送当前状态和动作完成情况信息给上位机。 控制器状态及其意义 控制器程序流程

数据组装 原始数据格式 组装后的数据带有一系列的说明信息 组装后的数据格式

数据分析 阳极条 读出条数据直方图 重心坐标能谱图 55Fe 5.9keV X射线 能量分辨率 ~23% 位置分辨 ~378.8μm X，Y散点图 重心坐标能谱图 55Fe 5.9keV X射线 能量分辨率 ~23% 位置分辨 ~378.8μm

总结 高分辨位置灵敏探测型中子探测器经过了原型机测 试、成像测试和中子源测试等研发阶段，数据获取 系统在这些实验中达到探测器的工作要求。 在探测器和电子学调试系统、获得关键性能参数和 优化性能等工作中，数据获取系统起到了非常重要 的作用，给探测器的最终用户提供了友好的使用界 面。