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1、位置灵敏型中子探测器位置灵敏型中子探测器数据获取系统开发数据获取系统开发赵东旭，章红宇赵东旭，章红宇中国科学院高能物理研究所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核探测与核电子学国家重点实验室2011.7.72011.7.7成都成都1概要概要位置灵敏型中子探测器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应用背景多丝正比室探测器系统构成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总结2散裂中子源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
2、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。3中国散裂中子源（中国散裂中子源（CSNS）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。中国散裂中子源中国散
3、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。4CSNS园区效果图5CSNS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6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）7CSNS DAQ8位置灵敏型中子探测器位置灵
4、敏型中子探测器- -多丝正比室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。多功能反射仪中子成像探测器多丝正比室探测器结构和外观9多丝正比室探测器系统构成多丝正比室探测器系统构成电子学（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）技术参数技术参数指标指标有效面积有效面积20cm20cm阳极丝距阳极丝距2mm读出通道读出通道200 路（路（X：100，Y：100）MWPC探测器多丝正比室探测器系统结构图10数据获取系统6U VME64x机箱
5、 MVME5100控制器（PowerPC体系结构）交换机上位机操作系统：操作系统：控制器：VxWorks上位机：Windows7软件开发环境：软件开发环境：控制器： Tornado 2.0上位机：Visual studio 2010、LabVIEW 8.211多丝正比室探测器数据获取系统设计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
6、。数据获取的过程：数据获取的过程：12上位机程序设计上位机程序设计上位机程序流程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13上位机程序设计上位机程序设计采用C+程序设计语言在Visual + 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
7、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。14控制器程序设计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。15控制器程序设计控制器程序设计控制器程序流程 控制器程序分为Initialized、Loaded、Config
8、ured、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16数据组装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17数据分析数据分析阳极条读出条数据直方图X，Y散点图重心坐标能谱图55Fe 5.9keV X射线p能量分辨率 23%p位置分辨 378.8m18总结总结 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。19
