Local monitor
A. Anastasi, C. Ferrari, A. Fioretti,
C. Gabbanini, G. Venanzoni
21 settembre 2015
Riflessioni sul local monitor
Nell’incontro precedente era stato proposto un
local monitor assoluto, in cui i 24 segnali
provenienti dai diffusori venivano riportati sul
tavolo ottico mediante fibre ottiche ed acquisiti
con 24 PMT equipaggiati ognuno con una
sorgente di Am.
Lo schema proposto aveva sollevato i dubbi dei referees
Local monitor old style
Calorimeter X 24
1 CH X 24
3 CH X 6
X 6 (4)
Bundle 54+3 fibers, 1 mt, PMMA, F = 1 mm
Filter
wheel
Panel
Diffuser
25 mt quartz fiber
F = 0.4 mm
Fiber coupling
Laser
20%
25%
X 24
Collimator
25 mt, PMMA fiber, F = 1 mm
Smart
board
PMT 1
Local monitor B X 24
Bundle 3 fibers, 1 mt, PMMA, F = 1 mm
Am+NaI
Optical table with flow box
Local monitor A
Board
Interface
to WFD
PMT 1
PMT 2
mTCA 12 bit @ 800 MHz
Upgrade local monitor
Dopo attenta e approfondita riflessione condividiamo
il parere dei referees.
Il sistema proposto ha le seguenti controindicazioni:
1) Numero eccessivo di PMT (96, con la duplicazione);
2) Numero eccessivo di sorgenti Am (24) e relativo costo;
3) Pannello ingombrante da installare a causa delle lunghe
fibre da riportare sul tavolo ottico;
4) Pannello difficilmente sostituibile in caso di
malfunzionamento, per lo stesso motivo di cui al 3).
Local monitor stile “Trieste”
Proponiamo una soluzione alternativa che sembra
risolvere tutte le questioni esposte:
Si intende produrre un impulso ottico noto da inviare ai
PMT del local monitor A (LM-A, nei pressi del calorimetro),
per calibrarne il guadagno, e distribuito mediante un punto
di distribuzione e 24 fibre ottiche.
Sostanzialmente una replica del sistema di calibrazione, ma
con fan-out inferiore e quindi più semplice e stabile.
Ai PMT locali (LM-A) arrivano due segnali (temporalmente
separati): uno dal bundle del diffusore ed uno assoluto.
Il valore assoluto del segnale di calibrazione viene
garantito dal LM-B (source monitor + 2 PMT con Am).
Setup local monitor “Trieste”
Calorimeter X 24
2 CH
3 CH
3 CH X 6
X 6 (4)
Bundle 54+3 fibers, 1 mt, PMMA, F = 1 mm
Filter
wheel
Laser
20%
25%
Panel
Diffuser
25 mt quartz fiber
F = 0.4 mm
Fiber coupling
X 24
Distribution
Collimator
Bundle 3 fibers, 1 mt, PMMA, F = 1 mm
25 mt, PMMA fiber, F = 1 mm
Laser
Board
PMT 1B
Interface
to WFD
PMT 2B
Local monitor B
Optical table with flow box
Am+NaI
Am+NaI
Local monitor A
Board
Interface
to WFD
PMT 1A
PMT 2A
mTCA 12 bit @ 800 MHz
Local monitor “Trieste”
Si ripropongono le opzioni vagliate per il sistema di
calibrazione:
Sorgente impulso:
Laser Picoquant (750 pJ/impulso)
Punto di distribuzione: deve realizzare lo splitting in 24 (o
48) parti uguali con stabilità ed uniformità.
Sfera integratrice o fiber splitting?
Distribuzione con fibre ottiche:
Quarzo o PMMA?
Punto di distribuzione
Sfera integratrice o fiber splitting?
Caratteristiche
Sfera integratrice
Fiber splitter
Trasmissione
3 10-4 (vedi oltre)
0.8
Costo (E)
1000
10000
Uniformità
Ottima (0.5%)
Buona (5%)
Stabilità
Ottima
Ottima (0.7%)
Collimazione
Estremamente facile
Serve collimatore
Forma impulso
Allargata (coda)
Ottimale
Local monitor B
Varie potenze disponibili
alle porte o alle fibre (PD,
PMT, power meter)
Solo PMT
all’uscita di una
delle fibre
Il fiber splitter offre il vantaggio di un impulso di forma
inalterata. Tuttavia, costa molto di più, l’utilizzo è un po’
più complesso e limita le possibili soluzioni per il LM-B.
Trasmissione sfera integratrice
E’ stato misurato il coefficiente di trasmissione della sfera
da 2”, raccogliendo il segnale con un bundle di fibre
ottiche di PMMA, diametro 1 mm, lunghezza 3 mt:
Si è ottenuto T = 2.7 10-4
L’energia all’uscita della sfera risulta di 0.2 pJ/impulso
Questo impulso risulta molto intenso, è pertanto possibile
utilizzare le fibre in PMMA di 20 mt.
L’energia all’uscita delle fibre risulta di 0.08 pJ/impulso
Questo impulso è pari a quello che si raccoglie dal diffusore
con 4 fibre, quindi più che sufficiente per calibrare un PMT.
Uniformità e stabilità fiber splitter
Il rapporto tra le uscite di due fibre ha una distribuzione gaussiana di media = 0.984 e SD = 0.007
Mappa di uniformità per una sfera
integratrice (LabSphere, mod. US-060-SF)
Coefficiente termico della trasmissione
E’ stato misurato l’effetto della temperatura sul coefficiente di
trasmissione delle fibre di quarzo e PMMA.
Fibra ottica
Beam splitter 90:10
Collimatore
Box termostatato
Laser
Energia al 90%
(900 pJ/impulso)
e rate 9 Hz
Filter
Wheel
T = 100%
David Hertzog ci assicura che la stanza del ring è
termostatata entro 1 °C.
Coefficiente termico della
trasmissione ottica
PMMA
DTrasmissione ~ 0.06 %/°C
Coefficiente termico della
trasmissione ottica
QUARZO
DTrasmissione ~ 0.07 %/°C
Coefficiente termico della trasmissione
Le misure mostrano una stablità migliore del 0.1%/°C, come limite
inferiore.
David Hertzog ci assicura che la stanza del ring è
termostatata entro 1 °C. Speriamo sia vero.
In ogni caso bisogna inserire vari sensori di temperature
nelle canale delle fibre ottiche ed utilizzare lo slow control
per il monitoraggio.
Se le canale sono a tenuta d’aria, è possibile intervenire
successivamente con un flusso di aria per controllare la T
delle fibre.
Costo local monitor - sfera
1) Laser Picoquant + driver = 14000 (Prev. Ts)
2) Source monitor = 3000 (Prev. Ts)
3) Sfera integratrice = 1000 (Prev. Ts)
4) Bundle fibre ottiche PMMA (50 x 25 mt) = 2500 (Ts)
5) LM-B assoluto (2 PMT + 2 Am) = 4000 (Prev. Ts)
6) 48 PMT locali = 0
7) Meccanica e ottica = 1500 (Prev. Ts)
8) Elettronica = 2000 x 24 = 48000 (Prev. Na)
TOTALE = 26 (Ts) + 48 (Na) = 74 kEuro
Il preventivo si basa sull’assunzione di utilizzare i PMT degli
americani. I PMT saranno testati a Frascati entro l’anno.
Costo local monitor - fiber splitting
1) Laser Picoquant + driver = 14000 (Prev. Ts)
2) Source monitor = 3000 (Prev. Ts)
3) Fiber splitter 1 x 50 = 10000 (Prev. Ts)
4) Fibre ottiche quarzo 0.1 mm (50x25 m) = 10000 (Ts)
5) LM-B assoluto (2 PMT + 2 Am) = 4000 (Prev. Ts)
6) 48 PMT locali = 0
7) Meccanica e ottica = 2000 (Prev. Ts)
8) Elettronica = 2000 x 24 = 48000 (Prev. Na)
TOTALE = 43 (Ts) + 48 (Na) = 91 kEuro
Il preventivo si basa sull’assunzione di utilizzare i PMT degli
americani. I PMT saranno testati a Frascati entro l’anno.
Tempistica
Scelta definitiva del sistema: incontro a Fiume in ottobre.
Definizione delle opzioni tecniche (sfera/splitter,
elettronica, fibre, controllo temperatura): fine 2015
Scheda elettronica: febbraio 2016.
Prototipo finale: TB, marzo 2016.
Conclusioni
Lo schema LM “Trieste” sembra molto promettente:
1) Dimezza il numero di PMT: 24+24+2 = 50;
2) Abbatte il numero di sorgenti AM: 1 source monitor + 2
PMT assoluti LM-B. Totale = 3 sorgenti Am;
3) Semplifica le operazioni di installazione e sostituzione.
Controindicazioni:
1) bisogna disegnare adattare la scheda elettronica;
2) per ottenere il valore della costante di calibrazione
bisogna combinare i dati dei LM-A e -B, raccolti dal WFD
del calorimetro e dal WFD del tavolo ottico.
