Analog to digital conversion in beam instrumentation systems
模数转换是几乎所有束流测量系统的重要组成部分。理想情况下，在适当设计的系统中，所使用的模数转换器（ADC）不应限制系统性能。然而，尽管ADC技术最近有所改进，但这通常是不可能的，ADC的选择会显著影响甚至限制系统性能。因此，在系统设计的早期阶段估计模数转换的要求并评估是否可以找到满足系统规格的适当ADC非常重要。在需要高时间和幅度分辨率的射束仪表系统的情况下，如果不在数字化之前对模拟信号进行特殊处理，则通常会发生可用ADC无法满足系统规格的情况。在这种情况下，对ADC的要求甚至会影响系统架构。本文旨在帮助束流测量系统的设计人员在选择ADC的过程中，这在许多情况下是迭代的，需要在系统性能、复杂性和成本之间进行权衡。模拟到数字转换是广泛和良好的文献中描述，因此，本文主要集中在有关方面的束流仪器。ADC基础知识仅限于与本文对应的CAS一小时讲座中的介绍内容。
2020-05-13 physics.acc-ph physics.ins-det
Beamline Instrumentation for Future Parity-Violation Experiments
在过去的25年里，宇称违反电子散射团体在测量十亿分之一（ppb）量级的微小不对称性的能力方面取得了巨大的进步，具有与束流相关的校正和几ppb的系统误差。未来的实验计划约一个数量级较小的不对称性和更高的利率在检测器。这些新实验对束流仪器和束流设置策略提出了新的挑战。在PAVI 14的这篇文章中，我讨论了其中的几个挑战和需求，重点是杰斐逊实验室的发展。
2014-10-16 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Total-Reflection High-Energy Positron Diffractometer at NEPOMUC -- Instrumentation, Simulation and First Measurements
我们报告了一个新的正电子衍射仪，连接到高强度正电子源NEPOMUC的仪器。介绍了正电子束自适应的关键因素，包括磁场终端、用于亮度增强的可选传输型再调制器、用于加速的静电系统和束流光学。为了优化系统，即获得小直径的相干束流，模拟了再减速束流和二次再减速束流的正电子轨迹。在第一个beamtime内，我们调整了系统并表征了直接光束。对于能量为10 keV的二次再减速束流，实验观察到束流直径d < 1.3mm，与模拟结果吻合较好。
2021-07-07 physics.ins-det
Beam performance and instrumentation studies for the ProtoDUNE-DP experiment of CENF
在本说明中，我们解决的束流性能（粒子含量，率），重点是动量的确定和粒子识别方法的新的H2-VLE（极低能量）光束线，将服务于双相ProtodUNE实验（也称为WA 105），在CENF项目的框架。建议的仪器配置，以实现最佳的π/K/质子分离提供的光束能量的全光谱，从0.4 GeV到12 GeV，以及精确的动量测量到百分之一的水平，如果需要的实验。本文重点介绍双相Protodune实验的H2-VLE光束线，然而，由于两条光束线的设计非常相似，因此可以对H4-VLE光束实施相同的方法。
2016-08-03 hep-ex physics.ins-det
Vibration diagnostics instrumentation for ILC
未来的e-e+ 500 GeV国际直线对撞机将依赖于相互作用点处前所未有的纳米级粒子束尺寸，以达到设计亮度。加速器腔和光学部件的静态和动态对准要求严格的公差，以传输和聚焦具有合理位置抖动和低发射度的高能电子和正电子束。本文简要回顾了迄今为止为机器振动诊断所评估和开发的技术和设备。
2007-07-03 physics.acc-ph physics.ins-det
Instrumentation for high-resolution laser spectroscopy at the ALTO radioactive-beam facility
共线激光光谱学是研究原子核结构的重要工具之一。它允许基态和同质异能态的核电磁特性以高实验精度提取。全世界的放射性核束设施都在努力引进这种能力或改进现有的能力。在这里，我们提出了共线激光光谱在ALTO研究实验室的实施，以及成功的离线调试使用钠束的数据。讨论了仪器组成，强调简单的技术解决方案和最大限度地利用标准设备。潜在的未来应用进行了概述。
2020-05-06 physics.ins-det
Data Acquisition and Uesr Interface of Beam Instrumentation System at SRRC
SRRC加速器综合体的数据采集系统由各种硬件和软件组成。束流信号经相关处理电子器件处理后，通过数据采集前端的各种接口与控制系统相连。这些前端包括VME机箱、个人计算机和仪器总线适配器。快速以太网将所有元件与控制台连接在一起。用户界面在控制台上运行。控制台支持实时数据采集、显示和分析。采用基于Matlab脚本的分析工具。硬件和软件实现的系统将被提出。还描述了用户界面支持。
2001-11-09 physics.ins-det
Instrumentation status of the low-b magnet systems at the Large Hadron Collider (LHC)
低β磁体系统位于大型强子对撞机（LHC）插入区域的四个相互作用点周围。它们是光束聚焦/散焦过程中的关键元件，允许质子碰撞的亮度高达10**34/cm**2s。这些系统是US-LHC加速器项目的贡献。该系统主要由四极磁铁（三重态）、分离偶极子和它们各自的电馈电盒（DFBX）组成。低β磁体系统在极端辐射、高梯度磁场和由于束动态效应而对低温系统的高热负荷的环境中操作。由于恶劣的环境，诊断的鲁棒性对于三联体的操作是至关重要的。LHC的硬件调试阶段于2010年2月完成。为了更安全和更方便用户的操作，在调试阶段进行了几次合并和仪器改造。本文介绍了仪器用于优化工程过程和操作的最后聚焦/散焦四极磁铁的第一年的操作。
2012-08-28 physics.acc-ph physics.ins-det
The MICE PID Instrumentation
国际μ子电离冷却实验（MICE）将对μ子束的电离冷却进行系统的研究。由于发射度测量将在逐粒子的基础上进行，因此需要复杂的束流仪器来测量粒子坐标和定时与RF。一个PID系统的基础上的三个时间的飞行站，两个气凝胶切伦科夫探测器和KLOE类量热计已建成，以保持光束污染（$e, π$）远低于1%。MICE飞行时间系统将在由于高粒子率、边缘磁场和来自RF暗电流的电子背景而造成的恶劣环境中以优于每平面70 ps的分辨率测量定时。
2008-10-02 hep-ex physics.ins-det
Report on Instrumentation and Methods for In-Situ Measurements of the Secondary Electron Yield in an Accelerator Environment
粒子加速器可实现的射束电流和射束质量可能受到真空室中电子云（EC）的积聚的限制。来自真空室壁的次级电子发射可有助于电子云的生长。为配合康奈尔电子储存环（CESR）试验加速器计划（CesrTA）的电子束研究，研制了一套在CESR真空室中原位测量样品次级电子产额（SEY）的装置。CesrTA原位系统自2010年开始运行，允许SEY测量作为暴露于加速器环境的样品上的入射电子能量和角度的函数，通常为5.3 GeV的反向旋转电子束和正电子束。该系统设计用于定期测量，以观察SEY的光束调节，区分暴露于来自同步辐射的直接光子与散射光子和云电子。SEY腔室可以与CESR束管隔离，使我们能够在不对CESR真空腔室排气的情况下交换样品。到目前为止，测量是在金属表面和EC缓解涂层上进行的。SEY测量计划的目标是改进EC积聚和EC诱导束效应的预测模型。本报告描述了CesrTA原位SEY装置、测量工具和技术以及其中的迭代改进。
2014-12-08 physics.acc-ph physics.ins-det
Hydrostatic Level Sensors as High Precision Ground Motion Instrumentation for Tevatron and Other Energy Frontier Accelerators
粒子加速器推动了我们知识的极限，以寻找关于微观世界和我们宇宙的最基本问题的答案。在这些追求中，加速器发展到越来越高的能量和粒子束强度以及越来越小的束尺寸。其结果是，现代现有的和计划中的能源前沿加速器的要求非常严格的公差对齐和稳定性的元素：磁铁，加速腔，真空室等。在这篇文章中，我们描述了仪器开发和使用的加速器费米实验室的Tevatron（FNAL，巴达维亚，IL美国）和研究走向国际直线对撞机（ILC）。该仪器包括用于甚低频测量的静压液位传感器（HLS）。我们提出的传感器的设计特点，概述其技术参数，描述测试和校准程序，并讨论不同的操作制度。这些探测器的地面运动测量的实验结果将在随后的文件。
2012-05-08 physics.acc-ph physics.ins-det
Instrumentation Challenges of the Strong-Field QED Experiment LUXE at the European XFEL
LUXE实验旨在研究电子-激光和光子-激光相互作用中的强场QED，使用欧洲XFEL的$16.5$ GeV电子束和功率高达$350$ TW的激光束。预计强场QED过程的生产率范围为每$10$ Hz束流交叉$10^{-3}$至$10^9$。此外，这些测量必须在低能量、高辐射背景下进行。LUXE实验将利用各种探测器技术来克服这些挑战。
2021-12-23 physics.ins-det
Ion beam analysis and big data: How data science can support next-generation instrumentation
随着对大量样品进行精确离子束分析的需求不断增长，如何确保数百或数千个样品的质量标准和一致性成为一个问题。从这个意义上说，非常需要一个检查数据质量、发出质量证书的虚拟助理。即使是大量光谱的处理也是关于分析一致性的问题。在这项工作中，我们报告的虚拟层在我们的实验室实施的设计和第一个结果。它由一系列运行在云中的系统组成，这些系统执行上述任务，并作为成员工作人员和用户的虚拟助手。我们的目标是将物联网和人工智能的概念更接近实验室，以支持新一代仪器。
2022-05-10 physics.app-ph physics.ins-det
Instrumentation of the Very Forward Region at Future Linear Colliders - design and R&D by the FCAL Collaboration
两个细分和非常紧凑的量热计被预见到的ILC和CLIC探测器的非常前沿的区域的仪器;光度计测量的精度优于$10^{-3}$，在较低的极角，快速光度估计的检测器的低角度巴巴散射事件的速率。这两种设备都将提高探测器在寻找新粒子时的密封性。由于预期的高占用率，需要快速的前端电子设备。最靠近束管的量热计将受到大量束辐射残余物的撞击，因此需要辐射硬传感器。结果的传感器和读出电子原型的性能进行了总结。
2010-11-01 hep-ex physics.ins-det
Precise and robust optical beam steering for space optical instrumentation
当与具有相同机械精度的其他光束转向技术相比时，这种方法允许对光束方向和位置进行更精细的调整。这大大提高了精度、准确度和机械稳定性。测量精度优于5 μrad和5 μm，耦合效率分辨率为0.1%。再加上额外的光束转向元件的灵活性，这可以极大地简化光纤耦合器的设计，光纤耦合器通常是光纤实验板上最复杂和敏感的元件。我们证明了光纤到光纤的耦合效率超过89.8%，在稳定的温度环境中的稳定性为0.2%，在10 ℃至40 ℃的温度范围内，在14小时的测量时间内的波动为2%。此外，在大的温度变化下进行一系列测试后，我们没有观察到耦合效率的任何不可逆变化。这项技术可直接应用于太空量子实验的拟议任务，例如激光束用于冷却和操纵原子云。
2019-07-22 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Development of multi-platform control and instrumentation communications to increase operational reliability - application to MAST
提高可靠性和减少维护时间以提高可用性是开发与未来聚变装置（如DEMO）和聚变发电厂相关的控制和仪器（C&I）系统的关键特征。实现这一目标的一个方面是对包括工作工厂C&I系统在内的多个平台的访问进行标准化，包括分析数据的软件。这已经在MAST中性束注入系统（MNBI）上实现，随后对C&I进行了广泛的升级，以提高中性束工厂的运行可靠性。
2013-10-29 physics.ins-det physics.plasm-ph
BPM Systems: A brief Introduction to Beam Position Monitoring
关于束流位置监测器（BPM）的介绍总结了CAS 2018上关于束流仪器的教程的基本部分。重点是信号检测和归一化，以及常用宽带拾取器的操作原理，即按钮和带状线BPM。还讨论了其他BPM类型，如分裂平面和腔BPM，以及低$β$光束的检测。最后，对BPM信号处理技术进行了说明。
2020-05-28 physics.acc-ph physics.ins-det
Cost & Capability Compromises in STEM Instrumentation for Low-Voltage Imaging
低电压透射电子显微镜（<=80 kV）在成像光束敏感样品（如金属纳米颗粒）方面有许多应用，这些样品可能在较高电压下受损。为了提高分辨率，可以在扫描透射电子显微镜（STEM）中校正球面像差，然而色差可能随后占主导地位，从而限制显微镜的最终分辨率。使用图像模拟，我们研究了色差校正器，不同的物镜，和不同的光束能量扩散如何影响在低电压下成像的金纳米颗粒在球面像差校正STEM的图像质量。模拟实例的定量分析可以为低压成像仪器的选择提供信息。我们在这里展示了一种方法，从而可以推导出操作特定STEM的最佳能量分布。然后，这种方法可以适应读者的特定样本和工具，使他们能够在科学基础设施的成本意识景观中做出明智的经济选择，以最有利于他们的STEM。
2021-12-23 physics.ins-det
Cost-Effective Quasi-Parallel Sensing Instrumentation for Industrial Chemical Species Tomography
化学物种层析成像技术（CST）已广泛应用于工业过程中关键气相参数的成像。为了获得高保真图像，CST通常通过来自多个激光束的视线波长调制光谱（WMS）测量来实现。每个激光束上的调制传输信号需要a）由高速模数转换器（ADC）数字化; b）由数字锁定（DLI）模块解调;以及c）传送到高级处理器以进行图像重建。尽管完全并行的数据采集（DAQ）和信号处理系统可以实现具有最大化的时间响应的这些功能，但是其导致高度复杂、昂贵且功耗大的仪器系统，该仪器系统由于单独的电子器件而具有采样光束之间的不一致的高可能性。此外，并行采样的大量光谱数据显著加重了工业应用中的通信过程，其中原位信号数字化远离高级数据处理。为了解决这些问题，为工业CST开发了准并行感测技术和电子电路，其中多光束传输信号的数字化和解调在波长扫描内的高频调制上被复用。我们的发展不仅保持了时间响应的完全并行的传感方案，但也有利于具有成本效益的实施工业CST非常低的复杂性和减少数据传输的负载。所提出的技术是分析证明，噪声污染的CST模拟数值研究，并使用实验室规模的CST系统与32激光束的实验验证。
2020-11-20 cs.SY eess.SP eess.SY
Study of the performance of a compact sandwich calorimeter for the instrumentation of the very forward region of a future linear collider detector
FCAL合作正在准备用于未来线性电子正电子对撞机非常前沿区域的特殊量热器的大规模原型，用于精确和快速的光度测量和光束调整。这些量热计被设计为传感器钨热量计，具有非常薄的传感器平面以保持莫里哀半径小，并且具有专用FE电子器件以匹配定时和动态范围要求。2014年在CERN PS T9束和2015年在DESY-II同步加速器中对部分仪器化的原型进行了研究。它在来自PS设施的5 GeV混合粒子束（电子、μ子和强子）和来自DESY-II的5 GeV能量的次级电子中运行。结果表明，一个非常好的性能的全读出链。高统计数据用于研究对不同颗粒的响应，执行传感器对准并测量夹层中的纵向簇射发展。此外，Geant 4 MC模拟，并与数据进行比较。
2016-04-07 hep-ex physics.ins-det
Forward Instrumentation for ILC Detectors
两个特殊的量热计被预见的仪表的ILC检测器，光度计设计用于测量率的低角度Bhabha散射事件的精度优于10-3和低极角量热计，相邻的光束管。后者将被大量的束射残留物击中。这些沉积物的数量和形状将允许快速的光度估计和光束参数的确定。这个量热计的传感器必须是抗辐射的。这两种装置都将提高探测器在寻找新粒子时的密封性。细分和非常紧凑的热量计将符合要求。由于占用率高，需要快速前端电子设备。介绍了用蒙特卡罗模拟设计和优化的量热计。传感器和读出电子ASIC已经设计完成，原型也已上市。总结了这些主要部件的性能结果。
2010-11-03 physics.ins-det
Decay tunnel instrumentation for the ENUBET neutrino beam
初始中微子通量的不确定性是精确测定绝对中微子截面的主要限制。ERC资助的ENUBET项目（2016-2021）正在研究一种基于窄带光束的设施，以产生一种精确度提高十倍的强电子中微子源。自2019年3月起，ENUBET也是CERN的中微子平台实验：NP 06/ENUBET。该项目的一个关键要素是衰变隧道的仪器，以监测在K介子的三体衰变（$K_{e3}$）中与$ν_e$一起产生的大角度正电子，并将它们与中性和带电π介子区分开来。需要一个有效的和高纯度的e/ $π$分离超过几米的长度，并要求快速响应和辐射硬度所施加的苛刻的光束环境，建议实施的纵向分段的Fe/闪烁体量热计的读出基于WLS光纤和SiPM探测器。通过在CERN-PS T9束线上的几个测试束运动，一个广泛的实验计划已经在量热计原型上进行了研究，这两个原型都有一个shashlik和一个横向读出配置。后者，其中纤维收集来自闪烁体瓦片侧面的光，允许将光传感器远离量热计的核心放置，从而减少相对于串扣设计的可能的辐射损伤。这方面的贡献将提出的原型活动的成果，连同对硅光倍增器进行辐照试验。迄今为止取得的成果确定了建造3米长演示器的首选技术，该演示器将于2021年获得数据。
2020-04-06 hep-ex physics.ins-det
Detectors and flux instrumentation for future neutrino facilities
本报告总结了未来中微子工厂和超级束中微子设施的国际范围研究的探测器组的结论。每个可能的中微子束的基线探测器选项定义如下：1。一个非常巨大的（兆吨级）水切伦科夫探测器是亚GeV β束和超级束设施的基线选择。2.在1-5 GeV之间的β束或超级束（SB）中能设施有许多可能性。其中包括全主动式蒸发检测器（TASD）、液氩TPC或水切伦科夫检测器。3. 100 kton磁化铁中微子探测器（MIND）是在高能（20-50 GeV）中微子工厂中从μ子衰变中探测错误符号μ子终态（黄金通道）的基线。如果需要解决$δ$ - $θ_{13}$参数空间中出现的简并，则用于错误符号tau检测（银通道）的10千吨混合中微子磁乳液云室检测器是对MIND的可能补充。
2007-12-26 hep-ex physics.ins-det
Evaluation of Giga-bit Ethernet Instrumentation for SalSA Electronics Readout (GEISER)
介绍了一种用于从高带宽天线阵列中获取高速瞬态数据的仪器样机。数公里的电缆使从广泛的天线阵列获取如此大带宽的无线电信号变得复杂。使用模拟光纤链路的解决方案正在探索中，尽管非常昂贵。我们提出了一种廉价的解决方案，允许每个天线元件的单独操作，操作在潜在的高本地自触发率。数字化数据包通过市场上可买到的千兆位以太网硬件传输到地面。然后，通过使用标准网络设备对接收到的数据包进行排序，在计算机群上重建事件，从而消除了对自定义、非常高速的触发硬件的需要。这样的系统是完全可扩展的，并且利用了电信行业的巨额资本投资。从示范样机的测试结果。
2005-07-02 physics.ins-det
Electronic Instrumentations for High Energy Particle Physics and Neutrino Physics
本文介绍了高能粒子物理实验（LHCb）和中微子物理实验（CUORE和CUPID）的几种电子仪器的设计、鉴定和操作。从2019年开始，LHC加速器的LHCb实验将升级到更高的光度，并将重新设计其几个探测器。RICH探测器将需要一个全新的光电读出系统。这种系统的开发已经达到了一个高级阶段，在粒子束设施上进行的几次测试可以使整个系统的性能合格。为了使前端芯片具有更高的稳定性和更好的电源调节性能，研制了一种抗辐射的低压差线性稳压器ALDO。设计策略，性能测试和结果从辐照运动。在中微子物理学领域，大型测辐射热探测器，如CUORE及其未来升级的CUPID所采用的探测器，为研究无中微子双β衰变提供了独特的机会。它们的操作需要读出仪器中的特定策略，这在本文中被完整地描述。对CUPID实验系统的工作参数的确定和优化以及系统在实验区的集成进行了深入的讨论，并对CUPID实验中两个电子子系统的最新升级进行了讨论
2018-08-30 physics.ins-det
The software of the ATLAS beam pick-up based LHC monitoring system
ATLAS BPTX站由静电按钮拾取探测器组成，位于ATLAS两侧沿束管175 m处。该拾波器作为LHC束流仪器的一部分安装，并由ATLAS用于计时目的。来自ATLAS BPTX探测器的信号既用于触发系统，也用于LHC光束和定时信号的独立监控系统。监控软件以高精度测量碰撞和时钟之间的相位，以保证子检测器前端电子设备中最佳信号采样的稳定相位关系。它还测量单个束团的特性和光束的结构。本文介绍了BPTX监控软件，说明了其算法，并给出了几个监控显示实例。此外，还介绍了该监测系统在2008年9月第一期单梁运行期间的监测结果。
2009-09-29 hep-ex physics.ins-det
The ATLAS beam pick-up based timing system
ATLAS BPTX站由静电按钮拾取探测器组成，位于ATLAS两侧沿束管175 m处。该拾波器作为LHC束流仪器的一部分安装，并由ATLAS用于计时目的。BPTX信号在ATLAS中的用途是双重的：它们既用于触发系统，也用于LHC束流监测。当束流通过ATLAS时，BPTX信号通过一个常数分数的触发器进行鉴别，以提供一个1级触发。此外，BPTX探测器被用于LHC聚束和定时信号的独立监测系统。BPTX监控系统以优于100 ps的精度测量碰撞和时钟之间的相位，以保证子检测器前端电子设备中最佳信号采样的稳定相位关系。除了监测这一阶段外，还测量各个聚束的特性，并确定光束的结构。2008年9月10日，第一束LHC光束到达ATLAS实验。在这段时间的光束，ATLAS BPTX系统被广泛用于时间的子探测器的读出。在本文中，我们介绍了BPTX系统的性能及其对第一批大型强子对撞机光束的测量。
2009-05-22 hep-ex physics.ins-det
