Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464

Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464
Tallennettu informaatio

Tallennettu informaatio

 

Tarkastellaanpa “Rusalka”-mittausasemaa:

Kun jokin hiukkanen lävistää ilmaisimen, niin varattu hiukkanen virittää tuikeilmaisimen atomeja ja molekyylejä (tuikeilmaisin on valmistettu erityisestä muovista jossa on lisäaineita), ja sen jälkeen tämä viritysenergia jotenkin purkautuu osittain lämmittämällä materiaalia ja osittain emittoimalla valokvantteja. Tämä valo siirretään valomonistinputken katodille, PMT, erityisiä, valoa läpäisevä kuituja pitkin. Samanlaisia kuituja, mutta ilman aallonpituudenmuutosta, käytetään pitkillä matkoilla häiriöttömään tiedonsiirtoon. Nämä ovat valokaapeleita. Internet perustuu täysin tällaisten kaapeleiden käyttöön. Oman ilmaisimemme malli löytyy täältä. Valo, joka osuu PMT:n katodille muunnetaan elektroneiksi (kirjaimellisesti) ja monistetaan järjestelmässä, joka johtaa virtapulssin syntymiseen PMT:n ulostulossa. Elektronisen yksikön, johon signaalit saapuvat PMT:stä, on ratkaistava useita ongelmia:

  • Tulosta vain ne PMT:n signaalit, jotka ovat kynnyksen yläpuolella.
  • Edellä valituista signaaleista valitse tapaukset, joissa signaalit kahdessa laskurissa (PMT: t) ovat ajallisesti lähellä toisiaan (aika "koinsidenssi").
  • Edellä mainittujen edellytysten täyttyessä, siirrä seuraavat arvot digitaalisessa muodossa tietokoneen levylle:
    1. Absoluuttinen aika, kun signaali (-t) esiintyivät kussakin PMT:ssä.
    2. Signaalin (-en) kesto kullakin PMT:ssä valitun kynnyksen tasolla.

Katsotaanpa ainakin yleisellä tasolla, miten se tehdään käytännössä (katso kuva vasemmalla). Käsin piirtämässäni kuvassa nähdään PMT-signaalit laskurista 1 (punainen) ja laskurista 2 (sininen). Signaalit on tarkoituksella piirretty korkeudeltaan erisuuruisina osoittamaan, että laskimien signaalit ulostuloissa aina eroavat toisistaan tapaus tapaukselta. Kuten fyysikot sanovat, että ne ovat tilastollisesti jakautuneet keskimääräisen signaalin amplitudin ympärille. Selvyyden vuoksi olen valinnut tapaukset, joissa signaalit näkyvät molemmissa tuikeilmaisimessa samaan aikaan (kuten todellisen EAS:n tapauksessa). Musta vaakasuora viiva osoittaa asetetun kynnysenergian tason.

Käyttämällä erityistä elektronista piiriä kun päätämme, onko signaali ilmaisimesta. Tätä varten asetamme kynnystason (vakiojännite) valintakiriteeriksi. Sen oikea valinta on yksi ongelmista, joita fysiikon on ratkaista virittäessään mittausasemaa. Huomaa, että valinta antaa tietoa kahdesta mittausarvosta; kun signaali ylittää asetetun kynnysarvon tai signaalin alkamishetki (t0 (1) tai t0 (2)). Näitä ajanhektiä käytämme absoluuttisen signaalin ajankohdan määrittämiseen. (katso lisätietoja alla). Lisäksi, ilman suurempia ponnistuksia, saadaan yksi käyttökelpoinen mittausarvo lisää - signaalin kesto kynnysjännitetasolla DT (1) ja DT (2). Kuten kuviosta ilmenee, tämä aikamäärä liittyy signaalin amplitudiin. Sininen signaali on suurempi kuin punainen, ja sen vuoksi DT (2) on suurempi kuin DT (1). Toivomme, että tämä mittaus antaa meille mahdollisuuden ratkaista, kuinka monta EAS - hiukkasta lävisti ilmaisimemme. Koska ne kaikki saapuivat samaan aikaan, EAS:n avulla emme pysty erottamaan niitä ajallisesti ja siten laskemaan. Mutta signaalin amplitudi ja näin ollen näiden tapausten DT (х) on suurempi (keskimäärin!), kuin silloin, kun vain yksi EAS hiukkanen osuu laskuriin.

Olemme tehneet alustavan valmistelun yksittäisille signaaleille. Nyt meidän pitäisi keksiä tapa erotella samanaikaiset tapahtumat. Mitä se tarkoittaa? Se tarkoittaa, että kaikista saapuvista tapahtumista meidän pitäisi valita vain ne kahden laskimen tapahtumaparit, jossa molemmat signaalit näkyvät sovitun aika-alueen sisällä. Ehkä kysyt, miksi puhumme aika-alueesta tietyn aika-arvon sijasta. Vastaus on, että se ei ole matematiikkaa, vaan todellista elämää, jolloin ei voi vaatia, että molempien ilmaisimien signaalit ilmaantuisivat täsmälleen samaan aikaan. Lisäksi aiomme käyttää jokaisen signaalien aikaeroa hyväksi, kun määritämme EAS:n signaalin suuntaa (kallistuskulmaa), joka on sama kuin alkuperäisen CR -hiukkasen suunta (Kosminen säteily). Tämä tarkoittaa, että meidän pitää kirjoittaa koinsidenssi-ehto muodossa |t0(1) - t0(2)| < Tсовп. Miksi sen pitää olla "itseisarvo" on selvää, toivon. Oikeassa elämässä emme tiedä, mistä EAS:t tulevat ja siten, kumpi laskuri välähtää ensin. Siksi meidän pitäisi vaatia ±. Toista elektronista piiriä, jota kutsutaan koinsidenssipiiriksi (CC), käytetään erottamaan samanaikaiset tapahtumat (yhteensattumat samassa aikaikkunassa) kaikista PMT signaaleista, jotka siirretään alustavasta amplitudi-testistä (alustavassa erottelussa). Tällä piirillä on kaksi sisääntuloa, joihin amplitudin ja muodon perusteella valitut ilmaisimiemme signaalit saapuvat, ja yksi lähtö. Ensimmäinen signaali, joka havaittiin jommassa kummassa ilmaisimessamme laukaisee Tcoinc - signaalin, joka kestää asettamamme ajan verran. Se on esitetty alimmaisena kuvassa. Sitten, jos toinen signaali näkyy naapurikanavassa tmän ajan Tcoinc kuluessa, CC tuottaa välittömästi lähtösignaalin, joka osoittaa, että kahden ilmaisimen välillä oli samanaikainen tapahtuma ennalta asetetun aikavälin Tcoinc sisällä. Meille se on liipaisusignaali, ja kun se on tuotettu, aloitamme prosessin havaitun EAS:n (tai pikemminkin sen kanssa hyvin samankaltaisen tapahtuman) siirtämiseksi tietokoneeseen.

Nyt on aika listata arvot2, jotka voimme mitata tässä tapahtumassa.

1 ja 2: t0(1) ja t0(2), ajat, jolloin signaalit ilmaantuvat meidän kahteen ilmaisimeen. 3 ja 4: DT (1) ja DT(2), näiden signaalien kesto asetetulla kynnys -tasolla.

 

 

Kuinka saamme nämä arvot tietokoneella luettavaan (digitaaliseen) muotoon? Jättäkäämme toistaiseksi kahden ensimmäisen aika-arvon määrittäminen. Jotta ymmärtäisimme, miten ne määräytyvät, meidän pitäisi tietää, miten GPS (Global Positioning System) toimii. Minulle on yksinkertaisempaa selittää, miten signaalin kesto voidaan digitoida. Ymmärtääksemme sen, tarvitsemme jo tiedossanne olevia elementtejä: koinsidenssi -piiri, pulssi oskillaattori, ja pulssilaskuri.

Uskon, että kaikki selviää ylläolevasta kuviosta. Koinsidenssiipiiri pakkaa yhteen niin monta oskillaattoripulssia kuin ehtii tulla havaitun signaalin aikana (ylempi punainen mitattu signaali, musta kampa alla sen pitäisi osoittaa vakio-oskillaattorin signaaleja, jotka saapuvat toiseen tuloon koinsidenssi -piirissä). Eli tulevan signaalin kesto on suunnilleen yhtä suuri, kuin oskillaattori-signaalin aika kertaa koinsidenssi -pulssien lukumäärä. Jos esimerkiksi oskillaattori taajuus on 100 MHz, aika on 10-8, tai kymmenen nanosekuntia, ja signaalin kesto on 10 ns • n (n pulssien lukumäärä ulostulossa, joka on 11 tietyssä tapauksessa) ≈ 110 ns. Miksi "suunnilleen yhtä suuri" pitäisi olla selvää. Tämän menetelmän tarkkuus on sama kuin oskillaattorin ajan tarkkuus, ja edellä esitetyssä esimerkissä se on 10 ns. Mitä korkeampi oskillaattorin taajuus, sitä suurempi tarkkuus mittauksessa, tai digitoinnissa. Olen käyttänyt tätä tärkeää sanaa, koska tällä tavoin voimme muuntaa signaalin keston pulssien lukumääräksi, mikä on helposti laskettavissa toisella standardilla, elektronisella piirillä, laskurilla.

Muutama sana lisää Global Positioning System (GPS):stä, joka kehitettiin Yhdysvalloissa, tai sen edelleen huonosti toimivasta venäläisestä analogisesta Glonass (Global Navigation Satellite System)-järjestelmästä. Niiden yksityiskohtaiset kuvaukset löytyvät Internet (esim täällä), ja aion vain lyhyesti kuvata tätä teknisesti hyvin monimutkaista järjestelmää.

Perusoletuksena on, että on paljon satelliitteja (24 ainakin) sijoitettuna Maata kiertävälle kiertoradalle ja kukin niistä lähettää, tarkasti valvotussa ja tunnetussa järjestyksessä radiosignaaleja, joka kuljettavat tietoa tietystä erityisestä satelliitista (sen järjestysnumero, laskettu sijainti kiertoradalla, tarkka absoluuttinen aika signaali ja joitain huoltosignaaleja, joista en tiedä). On mahdollista tehdä vastaanotin, joka pystyy samanaikaisesti vastaanottamaan signaaleja useista satelliiteista (vähintään kolmesta tai neljästä). Tämän tiedon perusteella voidaan määrittää satelliitin tarkka sijainti ja ajanhetki avaruudessa, ja siten tietämällä usean satelliitin tarkka paikka tietyllä ajanhetkellä voidaan määritellä vastaanottimen tarkka paikka (mitä enemmän satelliitteja on mukana, sitä tarkempi tulos). Ja juuri se, että se pelkästään riittää vastaanotin määrittämiseen, on suuri etu järjestelmällemme. Tarvitaan vain passiivinen elementti, vastaanotin tämän järjestelmän käyttämiseen, ja useat vastaanottimet voivat samanaikaisesti toimia vaikuttamatta mitenkään satelliittien toimintaan. Tämä mahdollistaa laajan käytön GPS-pohjaisille navigaattoreille kaikissa ajoneuvoissa (autot, vesijetti). Meille ja meidän projektillemme on tärkeää toinen tekninen näkökohta. On syytä muistaa, että tarkka koordinaatin laskeminen edellyttää tarkkaa kelloa. Virhe vain 0,001 s ajassa aiheuttaa virheen 300 km paikanmäärityksessä. Siksi jokainen GPS-satelliitti kuljettaa atomikelloa, ja jopa neljä atomikelloa varmistaa keskeytymättömän ajanmittauksen. Satelliitin ajantarkkuus on 0.000000001 s tai 10-9 tai 1 ns. Sinun pitäisi tottua tähän arvoon, joka sopii hyvin korkean energian fysiikkaan. Valo kulkee noin 30 cm 1 ns:ssa ja 1 m noin 3 ns:ssa

GPS:n mahdollisuudet antavat meille ainutlaatuisen mahdollisuuden tarkastella koinsidenssien avulla aikaa3 tarkemmin kuin elektronisen piirin avulla, kuten edellä on kuvattu. Miksi se on mukavaa ja tarjoaa epätavallisia mahdollisuuksia? Koinssidenssi tapahtuman havaitsemiseen tarvitaan elektroninen piiri, johon minun pitäisi liittää molemmat kanavat (meidän tapauksessamme, kahden tuikeilmaisin lähdöt) kaapelilla (!). Me, fyysikot, ovat saaneet tottua tällaiseen työhön. Suuren osan elämästämme vedämme satoja metrejä kaapeleita ilmaisimien ja elektroniikan välille. Tämä asettaa paikka rajoituksia sillä on melko kova työ vetää kaapeleita useiden kilometrien matkoja. Mutta jos löydämme tavan tallentaa paitsi tietoja ilmaisimen signaaleista (jonka voimme tehdä varsin hyvin), mutta myös tämän absoluuttisen ajan (UTC), pystymme määrittämään koinsidenssin 10 ns:n tarkkuudella minkä hyvänsä tapahtumien välillä, jotka on kirjattu eri puolilla maailma (esim Dubnassa tai Stavropolissa)! Estääkseni sinua taas toteamasta "tämä kaikki on niin helppoa nyt!" ilmoitan, että on olemassa paljon teknisiä hienouksia. Satelliitit eivät varmasti välittää aikaa (UTC) joka nanosekunti. Se on teknisesti mahdotonta, koska kukin lähetys satelliitista kuljettaa melko paljon tietoa (katso edellä). Näin ollen GPS-satelliitit tuottavat aikasignaalin vain kerran sekunnissa, mutta edellä mainittu "loistavalla" tarkkuudella.

Uskon, että olemme nyt sopineet ja toivottavasti ymmärtäneet kaikki tärkeimmät käsitteet. Jäljelle jää vain sanoa, millaista tietoa tapahtumasta tuotetaan kunkin yksittäisen aseman elektronisen yksikön asetuksilla ja tallennetaan keskusserverille. Näiden tietojen analysointia käsitellään seuraavaksi.

Olen käynyt läpi listaa tallennettujen data -määristä (Data formaatti) ja ymmärtänyt, että joitain selityksiä tarvitaan. Täydellinen lista on saatavilla sivustolla, mutta jätän käsittelemättä puhtaasti teknisiä kohtia jonkin aikaa ja käsittelen asioita joita tarvitsemme aluksi. Aluksi annan täydellisen luettelon ja sitten keskustelemme siitä kohta kohdalta.

Description of Root tree

Toistaiseksi tämä riittää ymmärrykseen, mitä arvoja sinun tulee analysoida.



2 Huomaa, että nämä käytettyjen arvojen merkinnät eivät ole yhteneviä niiden muuttujanimien luetteloihin hyväksyttyjen dataformaattien kanssa. Olen vain käyttänyt lyhyempiä ja yksinkertaisempa merkintöjä.

3Nolla aika on otettu 01 tammikuu 1970, ns Coordinated Universal Time (UTC).


Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464