钱森 qians@ihep.ac.cn 指导老师：王贻芳 张家文 20080430 BESⅢ气体比分监测器 钱森 qians@ihep.ac.cn 指导老师：王贻芳 张家文 20080430.

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1 钱森 qians@ihep.ac.cn 指导老师：王贻芳 张家文 20080430
BESⅢ气体比分监测器 钱森 指导老师：王贻芳 张家文

2 大纲 一.Monitor 工作原理 二.Monitor 硬件 三.Monitor 软件 四.Monitor 调试结果 五.后续工作
计数管几何结构； 计数管坪特性曲线； 放射源幅度谱； 放射源强度的影响； 温度修正； 气体比分对Monitor和RPC性能的影响； 二.Monitor 硬件 硬件连接原理图； 硬件安装布局； 三.Monitor 软件 数据采集流程图； 数据拟合函数； 数据获取程序界面； 四.Monitor 调试结果 MUON-大厅monitor测试结果； MUON-气控间monitor测试结果； MDC-气控间monitor测试结果； 五.后续工作

3 一.Monitor 工作原理 1.计数管几何结构 Monitor:监测55Fe 5.9keV X射线全能峰为原理的气体计数管监测器
金属阴极材料:黄铜 （探测器性能；机械强度；机械加工） 1，2：计数管管盖和管体，管体厚度2mm，内径32mm，管长200mm； 3，4：有机玻璃材质的放射源座； 5，6：为气管接口； 7：BESⅢ-MDC专用定位子，固定25um镀金钨丝为阳极丝，安装时严格测试阳极丝的张力为20g； 8，9，10：屏蔽盒，两端屏蔽盒内分别安装(SHV)高压插座和LEMO信号接头； 在管体中部及左右对称位置3处分别开有直径3mm的小孔为放射源照射窗口，由10um厚的Mylar密封。

4 （Ar:F134a:Iso-butane=50:42:08）
一.Monitor 工作原理 2.计数管坪特性曲线 BESⅡ MUON （Ar:CH4=90:10） 相同的探测器，电子学，测试环境。 BESⅢ MDC （He:C4H10=60:40） 不同气体条件，工作模式不同！ 1.BESⅡ－MUON气体：正比模式 计数率坪特征曲线有400V的坪区 2.BESⅢ－MDC气体：正比模式 计数率坪特征曲线坪斜较高仍有坪区 3.BESⅢ－RPC气体：有限正比模式 计数率坪特征曲线没有坪区 BESⅢ RPC （Ar:F134a:Iso-butane=50:42:08） Monitor （有限正比模式）VS RPC（流光模式） －－Monitor仅监测RPC的工作气体稳定性，不能对RPC探测器性能稳定性作出监测！

5 一.Monitor 工作原理 3.放射源幅度谱 调节：电子学插件参数（放大增益，积分、微分常数，展宽系数）；
采集卡参数（数字放大，阈值区间等） －－ 根据谱形选择合适工作高压 MUON MDC Monitor 工作高压： MUON－gas ratio monitor: +/- 30V; MDC－gas ratio monitor:+/- 15V; 由精度很高的SY1527(MDC高压机箱)加载。 由慢控实时检测工作高压的稳定性！

6 一.Monitor 工作原理 4.放射源强度的影响 BESⅢ MDC ①Fe ②Fe BESⅢ RPC ①Fe ②Fe BESⅡ MUON
4.1.铁源与射线透射窗口不同距离 －－等效调整源强: －－ BESⅢ RPC 气体 受放射源强弱影响主要表现在计数率上， 信号幅度大小有所变化； －－ BESⅡ MUON 气体 受放射源影响表现在信号幅度和计数率上， 空间电荷效应积累较为严重。 4.2. 生产日期相差7年的反射源强度对谱形的影响: BESⅢ MDC ①Fe ②Fe BESⅢ RPC ①Fe ②Fe 七年变化情况： MDC: 峰位:偏移320—220, 100ch, 30%左右 主峰计数:4500—110, 2%左右 MUON: 峰位:偏移220—200, 10ch, 5%左右 主峰计数:1800—800, 40%左右 2007年10月生产,圆片状放射源，活度5mci，记做①Fe。 2000年生产,圆片状放射源，活度5mci，记做②Fe。

7 位于相同位置的monitor测试数据可以相比，消除温漂的影响！
5.温度修正 PT ， TT：峰位和温度的测试数据， S，T0：实验数据拟合的斜率和温度系数 1.MUON_Monitor探测数据受温漂的影响为6道/度。 2.如果探测器工作环境温度基本恒定，考虑电子学 引起的涨落，monitor的总体涨落为10道。 3.以涨落的两倍设立报警阈值，即以光电峰峰位的 10％为正常涨落范围 0.放射源强度对谱形的影响 位于相同位置的monitor测试数据可以相比，消除温漂的影响！

8 1。BES3MUON探测器所有RPC在室温条件下：上坪高压均低于7500V，
一.Monitor 工作原理 6.气体比分对Monitor和RPC性能的影响 标准比分的工作气体：Ar:F134a:Iso-butane=50:42:08 MUON探测器RPC：流光工作模式－－ RPC上坪高压（96％效率）7740V。 气体监测器Monitor：雪崩工作模式－－测得峰位为225 Ar F134a Iso－B 峰位值 [192，262] [269，198] [220，233] 偏移量 [-32，+37] [+44，-26] [-4，+8] 坪高压 [7950V ， 7515V] [7630V 7940V] [7700V 7800V] [+210V -225] [-110V +200] [-40V +60] 1。BES3MUON探测器所有RPC在室温条件下：上坪高压均低于7500V， 留有500V的余量， 工作高压设定为8000V。 2。当以总流量每分钟100ml 时， Ar流量变化10％， F134a流量变化10％， Iso-butane流量变化4％时， －－所引起的RPC效率坪曲线偏移的最大高压涨幅为210V，相对于500V的余量，仍在可接受范围之内。 －－Monitor的变化最大为20%，报警阈值为10%。

9 二.Monitor 硬件 1.硬件连接原理图 1.采集卡：NI公司标准产品PCI-1716L，（250kS/s取样速率的16位A/D转换器；
正比管信号：3mv，5ns 电荷灵敏前放：100mv，1us , up100ns 主放大器：400mv，1us , up400ns 展宽器：400mv，20us , up200ns 1.采集卡：NI公司标准产品PCI-1716L，（250kS/s取样速率的16位A/D转换器； 2.主放大器输出1us宽度的脉冲信号； 3.选择北京核仪器厂生产的FH1005A展宽器，脉冲信号展宽为至少4us以上的方波信号，保证在250kS/s采样不会丢失事例。

10 二.Monitor 硬件 2.硬件安装布局 Monitor连接示意图 MUON-Monitor安装示意图
2.对于MUON(或MDC)可以考虑将气体监控间的监测信号，和位于谱仪大厅南平台2层机柜内的监测信号，一起通过长传输线送入终控室，电脑显示器和电脑主机（PCI）采集卡一起放置于终控室，即一块采集卡采集6路气体信号。 图（6）：主放大器信号 图（7）：展宽器信号

11 三.Monitor 软件 1.数据采集流程图 PCI数据采集系统 PCI-DMA数据采集 ROOT数据拟合 USB温度采集 ROOT拟合
实时数据采集 采集周期与时钟同步 参数读取 用户密码保护 参数设定 PCI-DMA数据采集 ROOT数据拟合 USB温度采集 实时曲线 存储 报警判断? 报警数据显示/存储 报警声音控制 Y N 数据查询 测试通道选择 历史测试时间选择 峰位历史曲线 报警历史数据 测试Hitmap图 PS图形文件？ ROOT拟合 存储PS图形文件 显示PS文件 报警 数据库时间选择 历史曲线显示 曲线参数选择 原始数据查询 本地数据库查询 本地数据库 历史测试日期选择 测试数据 数组化 SC数据库 共享变量 DB数据库 GCS显示 在线数据传输

12 三.Monitor 软件 2.数据拟合函数 1 2 3 4 2. 通过调整展宽器硬件，可实现采集数据hitmap高斯分布！
Gauss拟合对拟合区间要求不高，但Landau拟合结果受拟合区间的影响较大！ －－－－选择Gauss拟合最宜 1 2 3 4 3. 放射源衰减的影响 谱形会随着放射源强度的减弱，由高斯分布趋于朗道分布！ 如2调整硬件参数，也不能将弱源的谱形由朗道分布调整为高斯分布！ －－更换放射源； 2. 通过调整展宽器硬件，可实现采集数据hitmap高斯分布！ C=4700pf, W=25us C=3300pf, W=16us

13 三.Monitor 软件 3.数据获取程序界面 MDC-D-in MUON-D MDC-D-out
3.1. 前期调试程序（3CH－TEST for MUON） MDC-D-in MUON-D MDC-D-out 3.2. 正式程序（6CH－TEST for MUON & MDC） 幅度谱显示主界面 参数设定面板

14 三.Monitor 软件 3.数据获取程序界面 3.2. 正式程序（6CH－TEST for MUON & MDC） 当天数据显示
历史数据查询－－本地数据库local SQL 本地原始数据查询 Himap图 Root拟合PS文件 报警数据 长期历史数据查询 单日数据查询

15 春节期间的温度稳定在18度左右，monitor数据稳定于235－245之间，
1.MUON-大厅monitor测试结果 245＋/－10 F2 春节期间的温度稳定在18度左右，monitor数据稳定于235－245之间， F1->F2 F2->F3 235＋/－10 245＋/－10 260＋/－10 气体房换气到大厅monitor，中间混气罐混合需要1－2天时间 不同批次进货的氟利昂气体引起的峰位漂移区别比较明显。 F1 F2 F3

16 要求：规范换气操作！更换气瓶前,开启气瓶放气30s,将杂质气体排空再连接气路.
四.Monitor 调试 2.MUON-气控间monitor测试结果 1.MUON-monitor更换氟利昂后monitor 的跳变问题 现象： 1.更换氟利昂10分钟后,monitor监测到5个点左右的凸起,然后达到稳定. 2.关闭质量流则不会监测到换气过程. 质量流off 质量流on 原因: 1.新接入气路的气瓶中杂质影响了气体比分. 满瓶新气:将氟利昂压入气瓶的其他气体; 半瓶的余气:在瓶内气液两相平衡中挥发出 的杂质气体 2.质量流开启,监测总进气情况;质量流关闭,监测混气罐气体回流情况.均可处于工作状态. 要求：规范换气操作！更换气瓶前,开启气瓶放气30s,将杂质气体排空再连接气路. 换气后没有跳变 监测总进气 监测气罐回气 换气 质量流on 质量流off Muon-monitor 可以监测到换气情况,质量流的开关操作,精度很好!

17 四.Monitor 调试 3.MDC-气控间monitor测试结果 MDC-monitor 监测总进气的周期性波动问题?
－ MDC-C3H8-flow ( ) － 7:13 16:00 5:22 On:9-10h Off:15-14h － Monitor: MDC_in (gas room) Phenomena: 周期性晃动，3－4小时。 Cause:未知？ 与质量流的开启周期不符。

18 构建集成的小型RPC探测器性能检测系统：
五.后续工作 －－Monitor仅监测RPC的工作气体稳定性，不能对RPC探测器作出监测！ 构建集成的小型RPC探测器性能检测系统： 目的： 检测RPC探测器长期性能变化； 配合气体监测器，完善MUON探测器检测系统； 原理： 以RPC为望远镜提供符合信号； 以PCI采集卡为数据获取核心设备； 条件： RPC小单元模型和BES用RPC（结构、性能）一样； PCI采集卡具有采集多路数字信号功能； GasRatioMonitor的备用板卡有两块，可以进行前期实验；

19 THE END！ THANK YOU!

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