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江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory, JUNO)建设在广东省江门市,是一个多物理目标的实验。为了精确测量中微子质量顺序和振荡参数,实验采用了一个2万吨低本底、高透明度的液体闪烁体探测器。JUNO探测器系统由中心探测器、水切伦科夫探测器和顶部径迹探测器组成。其中,中心探测器作为JUNO的核心探测单元,包含17612只20英寸光电倍增管(Large Photomultiplier Tube, LPMT)和25600只3英寸的光电倍增管(Small Photomultiplier Tube, SPMT)。针对JUNO-SPMT数据获取系统面临的25,600个高密度通道的挑战,本研究重点解决了大规模系统的数据获取、实时监测与异常诊断等关键技术难题。
在JUNO安装测试阶段,为了验证与前端电子学的配置和读出接口的可用性,针对SPMT数据获取系统的特性,开发了一个具备完整功能的单机版原型系统。该系统不仅实现了基本的数据获取功能、且集成了面向大规模通道的实时数据质量监测,为系统功能验证和性能评估提供了可靠的技术支持。同时,作为JUNO-SPMT读出链路故障检测和诊断的可靠工具,提供了友好的用户界面,实现了运行控制、电子学配置、数据流状态监控等核心功能的一体化集成。同时,为满足大规模系统数据展示的实时性需求,通过并行计算优化,确保了系统在复杂运行环境下的高效稳定运行。
在完成基本功能验证后,成功将SPMT DAQ系统集成至JUNO整体数据获取系统架构中,通过定制化的数据读出和处理插件,实现了与LPMT DAQ系统的联合运行。目前,SPMT DAQ系统已经顺利完成10次避光测试,系统运行稳定,数据获取系统性能达到预期目标。本文将对系统的整体设计思路、关键技术实现以及性能测试结果进行详细阐述。