A Gamma/Electron Spectrometer with Logarithmic ADC based on LC Tank Ring-Down Oscillation Counting
A. I. Alikhanyan National Lab (Yerevan Physics Institute)（阿·伊·阿里哈尼扬国家实验室（耶烈万物理研究所））
本文提出一种基于LC谐振腔振铃衰减计数的对数ADC，利用指数衰减包络实现电荷信号宽动态范围对数压缩，并集成MCU及多种接口，适用于紧凑低功耗的伽马/电子能谱测量。
2026-09-22 physics.ins-det
The basis for design and manufacture of a dsp-based coincidence spectrometer
符合技术和符合光谱学的发展和应用已有40多年的历史。目前流行的符合测量系统大多基于模拟电子学技术，如时间-幅度转换（TAC）或逻辑选择符合单元。上述系统使用起来相对麻烦和复杂。随着数字电子技术和计算科学的飞速发展，符合测量系统的结构将变得更加简单而高效。本文介绍了一个简单的双通道符合系统的设计原理和信号处理的数字信号处理（DSP）技术，使用现场可编程门阵列（FPGA）设备在核研究所（NRI），大叻。
2013-07-08 physics.ins-det
Design of 32-channel TDC Based on Single FPGA for μSR Spectrometer at CSNS
μ子自旋旋转、弛豫和共振（μSR）技术在研究材料的微结构和性能，特别是微磁性能方面具有不可替代的作用。中国空间中子源（CSNS）正在建造一个实验μ子源。与此同时，我国第一台128通道μSR谱仪正在研制中。通过拟合正电子计数率随时间的变化曲线，可以得到μSR的时间谱。本文介绍了一种用Xilinx Virtex-6现场可编程门阵列（FPGA）实现的32通道时间数字转换器（TDC），用于μSR谱仪正电子飞行时间的测量。每个通道的信号采用16个等间距移相的200 MHz采样时钟进行采样，因此TDC bin大小为312.5ps。测量范围可达327 us。该TDC具有在短时间内存储多个命中信号的能力，具有高达512的深度命中缓冲器。时间标签被添加到每个数据以记录数据被检测到的时刻。可编程的时间窗口和通道屏蔽提供了选择时间范围和感兴趣的通道的灵活性。每个通道的延迟可以校准。数据通过千兆以太网传输到数据采集系统（DAQ）。TDC和控制逻辑由DAQ实时配置。测试结果表明，单通道半高宽（FWHM）精度优于273 ps，温度敏感性低，线性度好。
2018-06-05 eess.SP physics.ins-det
Muon Spectrometer Phase-I Upgrade for the ATLAS Experiment: the New Small Wheel project
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的瞬时亮度将比设计值增加五到七倍。为了在ATLAS探测器的前向区域保持出色的探测和背景抑制能力，部分μ子探测系统将在LHC关闭期间升级，用所谓的新小轮（NSW）替换前向区域的现有第一站的一部分。NSW的直径约为10米，将由两种探测器技术组成：Micromegas和小条带薄间隙室（sTGC）。将介绍ATLAS探测器这一重大升级的物理动机。将讨论为满足物理需求而做出的设计选择。最后，将介绍探测器模块的生产状况。
2018-10-02 hep-ex physics.ins-det
Enhanced Sensitivity Beam Emission Spectroscopy System for Nonlinear Turbulence Measurements
在DIII-D托卡马克装置上，采用了改进的束发射光谱（BES）系统来探测内部输运势垒附近的低振幅湍流区。正在安装16个高灵敏度频道。总信噪比的显著增加通过以下方式实现：1.）增加空间体积采样，以适应已知的湍流特性; 2.）增加的通量光谱仪组件，以隔离本地光束荧光，耦合到新的大面积光电导光电二极管; 3.）一种新的锐边干涉滤光片，设计用于优化检测束发射加上热氘电荷交换的重要部分。安装了一个新的数据采集系统，提供了8倍的积分时间或增加采样率。升级系统的初步结果显示，信号增强了一个数量级以上。改进后的BES系统在H模放电中观测到了清晰的宽带密度起伏信号，表明BES系统的性能得到了显著提高。
2008-05-09 physics.ins-det physics.plasm-ph
Upgrade and commissioning of the ALICE muon spectrometer
欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的大型离子对撞机实验（ALICE）旨在研究超相对论能量下的质子-质子和重离子碰撞。该实验的主要目标是评估夸克-胶子等离子体的性质，这是一种夸克和胶子在极端温度和能量密度条件下被释放的物质状态。在LHC的长期关闭期间，ALICE正在对其设备进行重大升级，考虑到LHC运行3，计划于2022年开始。这次升级将使一个新的雄心勃勃的高精度测量方案得以部署。此外，探测器将不得不应对增加的碰撞率，在Pb-Pb碰撞中，碰撞率将高达50 kHz。对于μ子谱仪（MS），ALICE正在实施新的硬件和软件解决方案。安装一个新的顶点跟踪器，μ子前向跟踪器（MFT），在接受MS将改善目前的测量，并使新的。它将允许人们在ALICE中第一次在前向快度区域中分离出对charmonia横截面的瞬发和非瞬发贡献。在MFT中重建的μ子轨道与MS中的μ子轨道的匹配将增加覆盖宽范围的横向动量到pT = 0的顶点能力，并将显着提高不变质量分辨率，从而更好地分离J/psi和psi（2S）状态。此外，将升级μ介子跟踪系统（阴极垫室）和μ介子识别系统（电阻板室）的前端和读出电子设备，以优化探测器在新运行条件下的性能。MS升级的详细描述，以及与宇宙射线和第一个LHC光束的调试结果，将在这次演讲中介绍。
2022-10-22 physics.ins-det
Development of the CMS detector for the CERN LHC Run 3
本文介绍了为CERN LHC Run 3配置的CMS探测器升级，涵盖硅像素径迹探测器、超导螺线管供电、量能器与缪子电子学、精密质子谱仪及触发计算系统的重大改进。
2024-05-30 hep-ex physics.ins-det
FPGA Based Pico-second Time Measurement System for a DIRC-like TOF Detector
研制了一种含皮秒级时间测量电路的类DIRC飞行时间探测器（DTOF）样机，并进行了初步测试。DTOF的基本结构是由一个熔融石英辐射器连接到快速微通道板光电倍增管（MCP-PMT），并通过一个专用的FPGA（现场可编程门阵列）为基础的前端电子读出。完整的电子电路链由一个可编程差分放大器、一个双阈值差分放大器和一个时间戳数字时间放大器组成。通过将MCP-PMT输出信号分成两个相同的电子链，测量纯电子的符合时间分辨率（CTR）为5.6 ps。通过在CERN的H4（150 GeV/c，Muon）束流测试，整个探测器原型的本征CTR在不进行时间-振幅校正的情况下达到了15.0ps。测试结果表明，基于FPGA的前端电路可以实现良好的时间性能的TOF探测器。它具有体积小、性价比高、多通道容量大、测量死区时间短等优点，非常适合大规模高性能TOF探测器在粒子物理谱仪中的实际应用。
2018-06-07 physics.ins-det
Broadband dual-comb hyperspectral imaging and adaptable spectroscopy with programmable frequency combs
本文提出基于时间可编程频率梳的自由形式双梳光谱平台，实现无死区惩罚的实时切趾，分辨率可调且信噪比线性提升，并用于高光谱成像。
2023-11-17 physics.ins-det physics.optics
Calibration of the discriminator threshold of the Amplifier-Shaper-Discriminator Chip for the Upgrade of the ATLAS Muon Drift-Tube Chambers for the High-Luminosity LHC
Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
针对ATLAS缪子漂移管室升级所用的新型放大器-成形-鉴别器芯片，利用单能高能缪子束数据完成其鉴别器阈值校准，该阈值对应20个原初电子信号，满足HL-LHC运行需求。
2026-08-26 hep-ex physics.ins-det
The LHCb Upgrade
LHCb实验的目的是对CP破坏进行高精度测量，并利用LHC产生的涉及美夸克和魅夸克的巨大通量来寻找新物理。从2010年和2011年收集的数据中获得的运行和结果表明，探测器是稳健的，运行良好。然而，如果不改进探测器，就无法克服每标称年1 fb^-1数据的限制。因此，我们计划在2018年之前升级光谱仪，其读数为40 MHz，基于软件的触发系统更加灵活，这将提高数据速率和效率，特别是在强子通道中。在这里，我们提出了LHCb探测器升级计划，基于意向书和框架技术设计报告。
2013-10-01 hep-ex physics.ins-det
New Monitoring Interface for the AMS Experiment
阿尔法磁谱仪（AMS）经常暴露在国际空间站的恶劣条件下。因此，有必要不断监测和执行调整，以确保AMS安全有效地运行。随着升级的Tracker热泵系统的加入，传统的监控界面不再适合使用。本文介绍了新的AMS监控接口（AMI）。AMI采用最先进的时间序列数据库和分析软件构建。它使用自定义的feeder程序将AMS原始数据作为时间序列数据点进行处理，将其输入InfluxDB数据库，并使用Grafana作为可视化工具。它遵循现代设计原则，允许客户端CPU处理处理工作，分布式创建AMI仪表板和最新的安全协议。此外，它还提供了一种更简单的修改AMI的方法，并允许使用API来自动化备份和同步。新AMI自二零二零年一月起投入使用，是COVID-19疫情期间远程轮班的重要组成部分。
2022-05-03 physics.ins-det
High-Speed Semi-FE Readout Module for ATLAS MDT at HL-LHC: Design and Production-Level Characterization
University of Michigan（密歇根大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文介绍了面向HL-LHC ATLAS MDT升级的二期CSM高速读出模块的设计与生产级验证，支持双路10.24 Gbps光学上行链路，并已投入生产。
2026-09-11 physics.ins-det
Active cooling control of the CLEO detector using a hydrocarbon coolant farm
我们描述了一种新的方法来粒子探测器冷却，其中一个模块化农场的主动冷却剂控制平台提供独立和调节的热去除从最近升级的CLEO探测器的子系统：环形成像切伦科夫探测器，漂移室，硅顶点探测器，铍束管。我们报告的几个方面的系统：适用性的使用碳氢化合物溶剂PF（TM）-200IG作为传热流体，传感器元件和机械设计的农场平台，控制系统，这是建立在一个商业可编程逻辑控制器在工业过程控制应用中，和诊断系统的基础上虚拟仪器。总结了系统的性能，并指出了该设计在未来高能物理装置中的潜在应用。
2002-04-22 hep-ex physics.ins-det
The LHCb VELO Upgrade
LHCb是一个前向光谱仪实验，致力于研究欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）质子碰撞产生的美丽和魅力强子衰变的新物理。VErtex LOcator（VELO）是围绕相互作用点的微带硅探测器，提供跟踪和顶点测量。计划于2018年进行的LHCb实验升级将把亮度提高到$\rm 2\times10^{33}\ cm^{-2}s^{-1}$，并将作为一个事件率为40 MHz的无干扰系统进行读出。极不均匀的辐射剂量将达到$\rm 5 \times 10^{15}$ 1 MeV $\rm n_{eq}/cm^2$在VELO传感器的最里面的区域，和输出数据带宽将增加40倍。正在开发一种升级的探测器，该探测器基于Timepix/Medipix系列的像素传感器，具有55 x 55 $\rm μm^2$像素。此外，正在并行开发比电流检测器具有更细间距、更高粒度和更薄的微带解决方案。VELO升级计划的现状将与最近的试验梁结果一起描述。
2013-02-25 hep-ex physics.ins-det
Recent Progress on the GAPS Time of Flight System
通用反粒子谱仪（英语：General AntiParticle Spectrometer，缩写：GAPS）是一种球载宇宙射线反物质实验，使用奇异原子技术，消除了传统磁谱仪使用的强B场的要求。它将对反氘核敏感，其动能为0.05-0.25 GeV /核子，这是间接暗物质探测的高度积极的候选者。此外，GAPS将提供$0.07<T<0.25$ GeV反质子谱的新信息。GAPS设计基于锂漂移硅跟踪器和塑料闪烁体飞行时间（TOF）系统。后者是本文的重点。目前，TOF系统包括由132个计数器组成的覆盖38 $^2$面积的外部“伞”和具有64个计数器和15 $^2$面积的几乎密封的内部“立方体”。柜台将采用创新的碳纤维结构机械固定在吊舱上。196个计数器的每一端将使用基于硅光电倍增器（SiPM）的模拟前端读出，该模拟前端具有高增益定时通道和低增益触发通道。高增益通道通过使用DRS-4 ASIC的定制读出板进行采样和数字化。本地触发器监控所有392个计数器端的多个可编程阈值水平。主触发器分析本地触发器命中模式，并启动感兴趣事件的TOF读出。然后，中央计算机分析和估计关键的可观测数据。本文总结了TOF系统的设计、性能和原型开发，以及2019年和2020年系统建设和集成的前进道路。
2020-01-29 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
An integrated device with high performance multi-function generators and Time-to-digital convertors
报道了一种高集成度、高性能、可重构的氮空位量子器件。该设备的数字隔间是完全实现在一个现场可编程门阵列。数字隔间设计用于管理多功能数字波形生成和时间数字转换器。该器件提供两个以1 Gsps采样速率工作的同步波形发生器通道，最大带宽为500 MHz。该器件集成了12个脉冲通道，脉冲宽度和延迟时间分辨率均为50 ps。脉冲通道采用3.3 V晶体管-晶体管逻辑。基于FPGA的时间-数字转换器提供了23 ps的时间测量精度。还提供了一个数据累积模块，可以记录输入计数率和时间测量的分布。数模转换器板被实现为模拟隔室，其通过500 MHz低通滤波器将数字波形转换为模拟信号。该设备的所有输入和输出通道都配备了50个超小型A型终端。硬件设计是模块化的，因此它可以很容易地升级与兼容的组件。该器件适用于基于N-V中心的量子技术，以及其它量子固态系统，如量子点、硅中掺杂的磷和碳化硅中的缺陷自旋。
2017-01-12 physics.ins-det quant-ph
Performance of the ATLAS Hadronic Tile Calorimeter Demonstrator system for the Phase-II upgrade facing the High-Luminosity LHC era
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的峰值亮度为$5\times10^{34} $ cm $^{-2} $ \，s $^{-1}$，比LHC的设计亮度高五倍。强子ATLAS Tile Calorimeter（TileCal）是一种以钢为吸收体、塑料吸收体为激活介质的取样量热计。发光瓦中产生的光被引导到光电倍增管（PMT），在光电倍增管中产生模拟信号，以在每25 ns被数字化之前对其进行整形和调节。HL-LHC的TileCal第二阶段升级将使系统能够应对增加的辐射水平和超时堆积。升级后的系统将以40 MHz的速率将所有量热计采样信号发送到检测器外系统，在那里事件将被重建并发送到第一级触发器。因此，利用提供给触发系统的更精确的热量计信号，开发更复杂的触发算法将是可能的。新的硬件包括最先进的电子设备，具有冗余设计和辐射硬电子设备，以避免单点故障，此外还包括用于大量数据传输的多Gbps光链路和现场可编程门阵列（FPGA），以驱动关闭和打开检测器电子设备的逻辑功能。2019年6月，一个包含新的热量计模块电子器件但仍与当前系统兼容的混合演示器原型模块被组装并插入ATLAS中，以便第二阶段系统可以在真实的ATLAS条件下进行测试。
2020-10-28 hep-ex physics.ins-det
Ultra-low jitter clock distribution for the trigger electronics of the New Small Wheel for the ATLAS experiment
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）计划进行一系列升级，将其瞬时光度提高到标称光度的7.5倍。增加的亮度极大地影响了ATLAS触发和读出数据速率。ATLAS μ子谱仪最里面的站，所谓的小轮，正在被一个新的小轮（NSW）系统所取代，该系统由Micromegas和小条薄隙室（sTGC）探测器组成。探测器上的辐射水平需要耐辐射电子设备。新南威尔士州边缘的辐射水平较低，允许在sTGC探测器的触发链中使用商业电子芯片，如现场可编程门阵列（FPGA）。这些FPGA需要超低抖动时钟来确保其千兆收发器（4.8 Gbps串行链路）正常工作。最初的设计是基于由CERN设计的耐辐射ASIC提供的时钟，但由于其固有的抖动和传输线上的边际错误率，必须选择不同的方法。基于商用抖动清除器、扇出芯片和驱动专用光纤的光发射器构建了额外的时钟源。新方案提供了64个低抖动时钟（32个主要和冗余）从辐射保护区（USA15）的触发电子超过60米的OM3光纤。
2021-10-25 hep-ex physics.ins-det
The Cylindrical GEM Inner Tracker of the BESIII experiment: prototype test beam results
正在研制一个圆柱形GEM探测器，作为BESIII光谱仪的升级内跟踪器。它将由围绕交互点的三层圆柱形三重GEM组成。该实验正在北京（中国）的e + e-对撞机BEPCII上进行数据采集，GEM跟踪器将于2018年安装。利用欧洲核子研究中心（CERN）SPS H4线上的μ子束，对三重GEM在强磁场中的性能进行了测试。使用不同的增益，气体混合物，有和没有磁场的效果和分辨率进行了评估。在单坐标视图上，在许多操作布置中，所获得的效率为97 - 98%。平面GEMs的空间分辨率已经评估了两种不同的算法的位置确定：电荷质心和微时间投影室（mu-TPC）的方法。这两种模式是互补的，并且能够处理当运行在磁场中时电子雪崩的不对称性，以及非正交入射轨道。在没有磁场的情况下，电荷质心的分辨率低于100微米，在磁场高达1 T的情况下，分辨率低于200微米。mu-TPC模式显示能够改善这些结果。在圆柱形原型的首次束流测试中，探测器在不同的电压配置和粒子强度下具有很好的稳定性。分辨率评估正在进行中。
2017-07-03 physics.ins-det
Upgrade of the ATLAS Muon Trigger for the SLHC
在大型强子对撞机上进行的ATLAS实验的外壳由环形空心磁铁系统组成，以便精确测量μ子的横向动量p $_T$，这在许多物理通道中是有趣的物理过程的标志。为了精确确定μ子动量，使用具有高位置精度的漂移管室（MDT），而为了快速识别μ子轨道，使用具有高时间分辨率的室，其能够选择高于预定义p $_T$阈值的μ子用于ATLAS触发系统的第一级（1级触发）。当大型强子对撞机的亮度将在大约十年后升级到目前标称值（SLHC）的4-5倍时，ATLAS Level-1触发系统的选择性将必须改进，以应对100 kHz的最大允许触发率。对于ATLAS μ子谱仪的1级触发，这意味着单个μ子的p $_T$阈值的增加。然而，由于触发室的空间分辨率有限，对~20 GeV/c以上的径迹的选择性不足以有效降低1级速率。我们描述了如何在MDT精密腔室中测量的轨道坐标可用于决定性地提高高动量轨道的选择性。还将讨论由此导致的延迟增加。
2010-10-31 hep-ex physics.ins-det
Spaceflight KID Readout Electronics for PRIMA
NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；NASA Jet Propulsion Laboratory（美国宇航局喷气推进实验室）；School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Physics, Arizona State University（亚利桑那州立大学物理系）
PRIMA任务开发了高耐辐射的KID读出电子设备，支持多路复用1000个探测器，适应L2轨道并切换两种不同频段的仪器。
2026-01-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Performance and aging studies for the ALICE muon RPCs
本研究回顾了LHC Run2期间ALICE μ子RPC的性能稳定性，针对暗电流上升问题开展氩等离子体老化测试，为升级阶段的探测器更换决策提供依据。
2021-01-28 hep-ex physics.ins-det
GEM Detectors for the CMS Endcap Muon System: status of three new detector stations
本文介绍CMS缪子系统三个GEM探测站的进展：GE1/1调试近完成、效率超95%，GE2/1将启动安装，ME0正开展研发，以适配HL-LHC高亮度下的缪子探测需求。
2023-05-03 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam using the 2012 dedicated data
2012年春天，CERN提供了两周的短束质子束，专门用于测量730公里距离的中微子速度。在格兰萨索地下实验室进行的OPERA中微子实验与2011年的测量相比，使用了升级的装置，提高了测量时间的准确性。利用基于电阻板室的独立定时系统，提供$\sim$ 1 ns的时间精度。中微子和反中微子的贡献是使用OPERA磁谱仪提供的信息分离的。新的分析得益于中微子基线和CNGS/LNGS时钟同步的精确大地测量。对于$ν_μ$和$\barν_μ$，中微子到达时间相对于假设真空中光速计算的中微子到达时间分别为$δt_ν\equiv TOF_c - TOF_ν= (0.6 \pm 0.4\ (stat.) \pm 3.0\ (syst.))$ ns和$δt_{\barν} \equiv TOF_c - TOF_{\barν} = (1.7 \pm 1.4\ (stat.) \pm 3.1\ (syst.))$ ns。这对应于μ介子中微子速度相对于$-1.8 \times 10^{-6} < (v_ν-c)/c < 2.3 \times 10^{-6}$在90% C. L.时的光速的极限。这一新的测量以更高的准确度证实了经修订的OPERA结果。
2012-12-17 hep-ex physics.ins-det
