Gestione Dell'alta Tensione In Un Rivelatore Di Raggi Cosmici

Gestione dell'alta tensione di un rivelatore di raggi cosmici Alessandro Corvaglia Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Sezione di Lecce

Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “Enrico Fermi”

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I raggi cosmici Sciami di particelle generate dalle interazioni dei Raggi Cosmici (protoni, nuclei di He, e, γ, ...) con i nuclei dell’atmosfera terrestre.

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Number of Fired Strips

I raggi cosmici

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I raggi cosmici Simulazione al calcolatore di un EAS generato in atmosfera (a 15km di quota) da un protone di 1017eV. Al suolo arrivano circa 1 milione di muoni (puntini rossi) che si distribuiscono su un’area di almeno 2km di raggio. Nell’esempio, i muoni ricoprono il centro storico della città di Lecce.

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Funzionamento del telescopio in EEE

100 cm

100 cm

160 cm

82 cm ni.com/it

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Il rivelatore MRPC • Multigap Resistive Plate Chamber Si applica una tensione positiva compresa tra o e 10KV

Si applica una tensione negativa compresa tra o e -10KV

{ {

Ogni piano è costituito da 24 strips di lunghezza 1,60 mt

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Convertitore DC-DC HV Bassa tensione Corrente

Tensione

gas filling

E

Il convertitore DC-DC provvede ad elevare una tensione nell’intervallo 05V fino a 10KV e contemporaneamente permette la lettura di corrente e tensione ni.com/it

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Configurazione standard La bassa tensione viene generata da tre alimentatori duali. Svantaggi: Alto costo degli alimentatori Nessuna protezione contro le sovratensioni Nessun controllo diretto della tensione e della corrente di HV Nessun sistema di kill

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Sistema di acquisizione dell’alta tensione

In una prima fase si è utilizzata la scheda NI USB-6259 per la sola lettura dei valori di HV, in seguito si è impiegata la scheda USB-6229

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Perché la NI USB-6229 OEM Alta impedenza di ingresso (>10 GΩ in parallelo con 100pF) 32 input analogici (16-bit, 250 kS/s)  4 output analogici (16 bit, 833 kS/s), 48 I/O digitali (32 ad un massimo di 1MHz), contatori a 32 bit Trasferimento dei dati a velocità elevata tramite USB Versione OEM disponibile

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Gestione HV – alimentatore dei Front End Tensione richiesta: 0-3,8V Corrente max richiesta:4A LM1084IT-ADJ 5V

La dinamica della tensione in uscita è 0-3,8V tale limite è imposto sia al software che dall’hardware

Da NI USB-6229 Vo = Vi + 1.25V Verso NI USB-6229 Feed back per controllo contro i cortocircuiti Verso NI USB-6229 sense proveniente dalle schede di front end

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Relè per disabilitare le uscite

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Gestione HV – alimentatore dei DC-DC Tensione richiesta: 0-5V Corrente max richiesta:200mA LM1084IT-ADJ 12V

La dinamica della tensione in uscita è 0-5V, tale limite è imposto sia al software che dall’hardware

Da NI USB-6229 Vo = Vi + 1.25V Limitatore di tensione in ingresso a 4,5V Relè per disabilitare le uscite Verso NI USB-6229 Feed back per controllo contro i corti circuiti

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Gestione HV con NI USB-6229 OEM La scheda NI USB-6229 si occupa della comunicazione col PC e della gestione dell’analogico. Il microcontrollore gestisce tutto quello che sulla board non ha bisogno di consenso dall’utente: Kill, anomalie della ventola di raffreddamento ed altre avarie. Attraverso un bus le due unità si scambiano informazioni sui rispettivi stati.

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Sequenza delle operazioni

Dal programma si impostano i valori di tensione per i DC-DC e per il front end. Dopo che il microprocessore ha verificato alcuni parametri della board trasferisce le tensioni ai connettori. I DC-DC ci daranno come feed-back la corrente e la tensione applicata agli RPC. Mentre dal front end leggerò il sense. Le informazioni lette dai DCDC opportunamente elaborate saranno visualizzate nel programma già elaborate. Il prossimo programma …..

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Gestione HV con NI USB-6229 OEM Connessioni esterne

Alimentatore Regolatori di tensione

NI USB-6229 OEM

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Connessioni delle uscite Ai DC-DC

Low Voltage

L’ USB-6229 fornisce le tensioni di riferimento per i regolatori di tensione che alimentano le schede di front-end e le basse tensioni dei DC-DC converter

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Connessioni degli ingressi e facility Per semplificare la connessione dei 12 connettori In corrispondenza di ciascuno di essi si trovano un LED che, attraverso una procedura guidata, indica all’utente dove connettersi.

Le uscite di ogni dc-dc converter sono collegate alla USB-6229. Le tensioni cosi raccolte sono opportunamente elaborate in modo da determinare la tensione e la corrente assorbita da ogni rivelatore ni.com/it

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Il software Tensioni misurate dal sistema di HV LV applicate al sistema di Tensioni HV e al front end Correnti e tensioni elaborate

Setting delle tensioni Sistema di comunicazione con il microprocessore on-board ni.com/it

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Sistema di protezione da crash di sistema

La sconnessione della porta USB provoca il reset della NI USB-6229 cosi come il crash del SO o di Labview, con conseguente blocco dell’acquisizione. Per ovviare a questo problema si è sviluppata una schedina di interfaccia che pone rimedio a questi problemi. Infatti, attraverso tale dispositivo, dopo il primo avvio del programma la scheda USB-6229 continua a “vedere” il PC connesso malgrado non lo sia più.

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Sistema di protezione da crash di sistema Lato PC

+5V

 All’accensione del sistema sulla porta USB si presenterà la tensione di 5V fornita dal computer. Questa tensione, applicata ad un ingresso di IC1 determinerà un livello logico alto all’uscita verso la scheda USB-6229.

+5V

+5V

Avviato il programma questo invierà all’altro ingresso di IC1 un livello logico 1. Se ora si staccasse il cavo USB del PC sull’uscita di IC1 sarà mantenuto il livello evitando cosi il reset della scheda USB6229. Poiché il software salva in tempo reale tutte le impostazioni, questo dispositivo consente anche il riavvio del PC senza che sia necessaria l’interruzione dell’erogazione dell’HV

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Lato USB-6229

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La nuova board Integra il dispositivo di protezione contro i crash di sistema. È predisposta per il controllo della temperatura della board. Rende disponibili tutti i canali analogici non utilizzati, anche ad oggetti esterni, per sviluppi futuri.

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