CSNS多物理谱仪数据获取软件研制
肖亮1,3,4,滕海云1,3,4,孙志嘉1,3,4,庄建1,3,4,赵豫斌1,3,4,周健荣1,3,4,骆宏1,3,4,
赵东旭1,3,4,王修库1,3,4,周科1,3,4,沈培讯1,2,5
(1.核探测与核电子学国家重点实验室,北京 100049;2.中国科学院高能物理研究所,北京 100049;
3.中国科学院高能物理研究所东莞研究部,东莞 523803;4.散裂中子源科学中心,东莞 523808;
5.中国科学院大学,北京 100049)
摘 要:本文研制了中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程中多物理谱仪(Multi-Physics Instrument,MPI)的数据获取(Data Acquisition, DAQ)软件。
多物理谱仪是散裂中子源科学中心、东莞理工学院和香港城市大学共同建设的国内首台中子全散射谱仪,也是CSNS第一台合作谱仪。多物理谱仪数据获取软件主要负责读出、按脉冲序号(PulseID)解析、在线修正和像素转换以及上传中子击中3He管探测器的位置信息。
多物理谱仪探测器物理设计由68个3He管模块和2个束流监测器组成,每个3He管模块包含8根3He管探测器。其中多物理谱仪一期建设包含30个3He管模块和1个束流监测器。多物理谱仪数据获取软件通过网络读出方式将探测器击中位置信息数据进行读出、解析、修正以及上传,提供给物理分析使用。多物理谱仪数据获取软件具有同时配置70块电子学板的寄存器,并控制各数据读出程序工作的功能。 MPI DAQ选择CentOS 7.8作为运行控制和取数服务器集群的操作系统,采用于C++语言为主要研发工具,研制了数据读出和处理系统软件。
多物理谱仪DAQ软件外部接口主要涉及探测器和电子学、控制以及物理软件分析等系统的数据和状态进行交互。DAQ软件需要对探测器和电子学系统进行运行控制并获取数据,同时与控制系统完成PV状态机交互并提交报警信息,将击中位置信息数据(Event(X、Y、tof))处理好,并上传给物理分析使用。像素信息的规范格式主要包含:脉冲信息(PluseID)、像素信息(PixedID)以及飞行时间信息(TOF)。
多物理谱仪数据获取对位置信息数据的处理中引入了全在线数据流的处理机制。前端读出模块采用多级缓存,从电子学数字板通过千兆网络读出原始电子学数据并写入读出缓存;读出缓存数据进行完整脉冲包截取,并存入下一级缓存;得到的完整脉冲包转入在线像素化模块,进行像素运算,获取完整事例数据,按照多系统设计约定转换为像素数据格式,并上传给物理软件分析系统使用。此外,数据获取软件的运行监控模块会对像素事例数据进行全部在线监控,并完成各类在线谱的监测和报警处理。同时前期为了排查数据流处理问题,DAQ在读出缓存模块,增加了电子学原始数据存盘线程,可以设置保留原始数据的有效天数的功能,能够有效排查和定位数据问题,并给与解决方案。
目前多物理谱仪数据获取软件已经经过了探测器样机刻度测试,并完成多物理谱仪现场部署安装,以及参与运行了6个多月的用户样品实验。数据获取软件整体运行稳定可靠,良好地完成了数据读出和数据处理任务。
关键词:多物理谱仪;数据获取;在线修正;PulseID编号;位置信息像素化