基于LabWindows/CVI的空间暗物质粒子探测预研系统的数据获取软件设计
发布时间：2021-07-04 07:08
由中科院南京紫金山天文台领衔的空间暗物质粒子探测研究计划,目标是在卫星平台上搭载相关探测器进行空间暗物质粒子探测研究,目前已启动地面原理样机的研制工作。为了配合地面原理样机的调试与测试工作,为量能器读出电子学设计了一个完备的测试控制与数据分析软件。该软件基于LabWindows/CVI软件开发平台,通过VISA技术与电子学硬件部分通信,同时采用动态链接库调用方法集成了MATLAB的相关功能,完成了对地面原理样机576个电子学通道的调试和测试,为地面原理样机的调试测试工作提供了一种有效、简便、可行的调试手段。
【文章来源】：核电子学与探测技术. 2012,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
BGO量能器结构
?痛蠖??段?单块BGO晶体有效动态范围达到106)。地面原理样机系统是正式系统通道数的1/3，其BGO量能器仅有4层，每块BGO晶体对应一个PMT，每个PMT有3路打拿级信号输出，则共有192个PMT和576路电子学通道。相对应的，其读出电子学部分需要8块FEE和2块Sub－DAQ。为简化原理样机系统，我们的设计中将其中一块Sub－DAQ增加逻辑实现Global－DAQ的功能，汇总它本身以及另一块Sub－DAQ的所有数据，然后通过USB总线传输到PC机，因此原理样机中不存在Global－DAQ。地面原理样机的BGO量能器和读出电子学部分的结构如图2所示。图2地面预研小系统BGO量能器及读出电子学的结构图2地面预研小系统的软件需求搭建地面原理样机的目的主要是针对未来星上系统进行技术攻关，验证其方案和关键技术的可行性。因此需要详细的电子学调试和对相关参数的测试来确保整个系统的性能达到相应指标。同时，整个系统的多通道(576个通道)和大动态范围的特点意味着测试工作极其繁琐，如果由手工完成将耗费大量的人力和时间。为了配合地面原理样机的调试与测试工作，简化测试复杂性，需要开发一套专门的测试软件。此软件基于LabWindows/CVI开发平台，主要实现以下功能:(1)硬件系统配置:包括Sub－DAQ的工作模式配置、对FEE的使能以及对自检刻度信号的DAC码的配置。(2)数据获取:通过USB总线控制Sub－DAQ和FEE，进行数据获龋(3)数据处理:包括离线数据分析和实时数据处理与显示。因为由电子学硬件部分上传的数据是按照自定义的数据格式进行打包之后的数据包，所以软件内嵌了对有效数据的抽取和查找功能。在此基础上，此软件将配合其他测试设备完成电子学通道的自检(刻度)测试、信号源扫描测试、台阶测试和单通道RMS测试以及探测器部分的光电?
理、GPIB、VX、VISA、TCP等函数库。利用灵活的C语言，很容易实现仪器的控制、数据分析和显示［2］。3.1软件的架构本软件在LabWindows/CVI平台上进行开发，根据实际功能需要，采用模块化的设计思路，仔细考虑软件各个层次和各个模块之间的组合搭配。软件主要包括命令模块、状态监控模块、数据采集模块、实时显示模块以及离线分析模块，其基本结构如图3所示。图3软件基本层次结构对应于特定的调试测试工作，命令控制模块按照使用者对软件相应控件的操作向外部设备发送命令。数据采集模块负责接收保存硬件上传的数据，并在需要的情况下将数据包复制给实时显示模块进行分析、显示。状态监控模块实时反映USB连接状态、硬件温度等信息。已保存好的测试数据，可以交由离线分析模块进行电子学参数的分析。软件各个模块间的相互通信与配合，确保各项调试测试功能的成功实现。3.2软件功能的具体实现3．2．1硬件接口在数据获取系统中，Sub－DAQ通过CY68013USB接口芯片与PC机相连，负责整个电子学硬件部分与PC机的通信———包括上行传输数据包和下行传输命令。数据传输方式在CY68013的固件中设计为批量(BULK)传输模式，采用SLAVEFIFO方式进行传输，保证数据传输高速可靠［3］。同时，在信号源扫描测试中，需要由信号源产生幅度依次递增的电荷信号，为了简化测试流程，减少工作量，方便测试工作，对TektronixAFG3251信号源的控制也交由软件通过网络进行控制［4］。为了统一外部设备与软件的通信，简化软件程序设计，采用VISA技术解决外部设备与软件的通信问题。在软件设计中，所有与外设相关的控制与数据传输函数都采用VISA所提供的函数进行处理［5］。3．2．2状态监控模块软件的状态监控主要包括两个?
【参考文献】：
期刊论文
[1]暗物质粒子探测:意义、方法、进展及展望[J]. 常进. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2010(02)
本文编号：3264299
【文章来源】：核电子学与探测技术. 2012,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
BGO量能器结构
?痛蠖??段?单块BGO晶体有效动态范围达到106)。地面原理样机系统是正式系统通道数的1/3，其BGO量能器仅有4层，每块BGO晶体对应一个PMT，每个PMT有3路打拿级信号输出，则共有192个PMT和576路电子学通道。相对应的，其读出电子学部分需要8块FEE和2块Sub－DAQ。为简化原理样机系统，我们的设计中将其中一块Sub－DAQ增加逻辑实现Global－DAQ的功能，汇总它本身以及另一块Sub－DAQ的所有数据，然后通过USB总线传输到PC机，因此原理样机中不存在Global－DAQ。地面原理样机的BGO量能器和读出电子学部分的结构如图2所示。图2地面预研小系统BGO量能器及读出电子学的结构图2地面预研小系统的软件需求搭建地面原理样机的目的主要是针对未来星上系统进行技术攻关，验证其方案和关键技术的可行性。因此需要详细的电子学调试和对相关参数的测试来确保整个系统的性能达到相应指标。同时，整个系统的多通道(576个通道)和大动态范围的特点意味着测试工作极其繁琐，如果由手工完成将耗费大量的人力和时间。为了配合地面原理样机的调试与测试工作，简化测试复杂性，需要开发一套专门的测试软件。此软件基于LabWindows/CVI开发平台，主要实现以下功能:(1)硬件系统配置:包括Sub－DAQ的工作模式配置、对FEE的使能以及对自检刻度信号的DAC码的配置。(2)数据获取:通过USB总线控制Sub－DAQ和FEE，进行数据获龋(3)数据处理:包括离线数据分析和实时数据处理与显示。因为由电子学硬件部分上传的数据是按照自定义的数据格式进行打包之后的数据包，所以软件内嵌了对有效数据的抽取和查找功能。在此基础上，此软件将配合其他测试设备完成电子学通道的自检(刻度)测试、信号源扫描测试、台阶测试和单通道RMS测试以及探测器部分的光电?
理、GPIB、VX、VISA、TCP等函数库。利用灵活的C语言，很容易实现仪器的控制、数据分析和显示［2］。3.1软件的架构本软件在LabWindows/CVI平台上进行开发，根据实际功能需要，采用模块化的设计思路，仔细考虑软件各个层次和各个模块之间的组合搭配。软件主要包括命令模块、状态监控模块、数据采集模块、实时显示模块以及离线分析模块，其基本结构如图3所示。图3软件基本层次结构对应于特定的调试测试工作，命令控制模块按照使用者对软件相应控件的操作向外部设备发送命令。数据采集模块负责接收保存硬件上传的数据，并在需要的情况下将数据包复制给实时显示模块进行分析、显示。状态监控模块实时反映USB连接状态、硬件温度等信息。已保存好的测试数据，可以交由离线分析模块进行电子学参数的分析。软件各个模块间的相互通信与配合，确保各项调试测试功能的成功实现。3.2软件功能的具体实现3．2．1硬件接口在数据获取系统中，Sub－DAQ通过CY68013USB接口芯片与PC机相连，负责整个电子学硬件部分与PC机的通信———包括上行传输数据包和下行传输命令。数据传输方式在CY68013的固件中设计为批量(BULK)传输模式，采用SLAVEFIFO方式进行传输，保证数据传输高速可靠［3］。同时，在信号源扫描测试中，需要由信号源产生幅度依次递增的电荷信号，为了简化测试流程，减少工作量，方便测试工作，对TektronixAFG3251信号源的控制也交由软件通过网络进行控制［4］。为了统一外部设备与软件的通信，简化软件程序设计，采用VISA技术解决外部设备与软件的通信问题。在软件设计中，所有与外设相关的控制与数据传输函数都采用VISA所提供的函数进行处理［5］。3．2．2状态监控模块软件的状态监控主要包括两个?
【参考文献】：
期刊论文
[1]暗物质粒子探测:意义、方法、进展及展望[J]. 常进. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2010(02)
本文编号：3264299
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/tianwen/3264299.html
