Acquisition numérique FASTER
Depuis quelques années, une action de recherche et développement est menée au sein des services techniques du laboratoire pour développer un nouveau système d’acquisition de données numériques, ce projet est nommé FASTER.
En effet, les détecteurs de physique nucléaire développés au laboratoire sont de plus en plus performants et nécessitent une acquisition capable d’exploiter ces performances.
Les systèmes d’acquisitions en physique nucléaire d’aujourd’hui voient leurs performances limitées en raison des technologies utilisées (utilisation de bus parallèle, reconstruction de l’événement par la technique du temps mort commun, réalisation des fonctions de mesure de charge, mesure d’amplitude et mesure de temps en analogique).
Le but de FASTER est de développer un système d’acquisition, de contrôle et commande dont les contraintes principales sont les suivantes :
- Une plate-forme modulaire entièrement configurable et extensible (standard de module).
- La reprogrammation à volonté et à distance des FPGA.
- La communication montante, descendante à très haut débit.
- La synchronisation de l’ensemble du système par une distribution d’horloge.
- La possibilité d’extension du système.
- Une infrastructure électronique basée sur des standards industriels.
- Le traitement numérique des signaux.
- De multiples niveaux de décisions (trigger local, régional, global).
- Une grande variété de modes de décision (sélections, filtrages, contre-réactions, traitements en ligne).
- L’introspection du système.
- Une topologie d’arbre n-aire.
- Aucun a priori sur l’expérience.
Pour le développement de ce système, nous utilisons les compétences en électronique du service instrumentation pour la conception et le développement de cartes électroniques à base de FPGA. Le développement du programme de ces FPGA en VHDL et le développement des algorithmes temps réels sont réalisés par le service. La partie logicielle de ce projet est réalisée par le groupe informatique qui utilise les langages ADA et Python.
La grande modularité du système, les performances et l’utilisation du standard microTCA permettent au projet FASTER de répondre rapidement aux différentes exigences des utilisateurs répartis dans plusieurs pays :
- Belgium : Université de Leuven,
- France : Université de Paris-Sud, CIMAP, LPC-Caen, IPHC, CEA,
- Spain : Université de Granada,
- Switzerland : PSI, CERN (Isolde),
- USA : CENPA, Argonne, MSU.
En conclusion, le système FASTER donne aux chercheurs un outil performant facile d’emploi qui leur permet d’accéder à de nouvelles informations sur les phénomènes de physique.
Atelier de conception mécanique
L’atelier mécanique assure la réalisation et la mise au point des dispositifs conçus ainsi que leur montage sur sites expérimentaux. Nos moyens nous permettent la réalisation d’ensembles de mécanique générale et de chaudronnerie ainsi que le polissage et le nettoyage des pièces.
Au sein du service « Bureau d’études mécaniques », l’atelier de fabrication (3 personnes) est doté de moyens de fabrication conventionnels et à commande numérique ainsi que d’un logiciel de CFAO (Mastercam). L’atelier réalise la quasi-totalité des pièces et ensembles conçus dans la limite des capacités de nos machines.
Contrôle & commande
Ce pôle développe les systèmes complets de contrôle et commande, ainsi que les interfaces homme-machine associées, pour les dispositifs expérimentaux utilisés au laboratoire. Ces dispositifs peuvent être par exemple des pompes à vide, des jauges, des vannes, des régulateurs de débit massique, des propulseurs, des alimentations basse et haute tension, des générateurs de fonctions, des moteurs, des amplificateurs radiofréquences, des échelles de comptage, etc.
Pour ces développements, le service maîtrise les architectures Client/Serveur et EPICS, plusieurs langages de programmation (Python, C) et plusieurs protocoles de communication (SCPI, Modbus TCP, Profibus, CAN…). Il utilise des automates programmables (Siemens, Crouzet, Schneider…) et les logiciels spécifiques à leur programmation (LabView, LabWindows CVI, Millénium 3, Tia Portal, EcoStruxure Control Expert).
Développement logiciel
Trois développeurs conçoivent et réalisent des applications logicielles dédiées à l’acquisition et l’analyse de données.
Les logiciels développés sont utilisés pour la configuration matérielle, le commande et contrôle, le stockage, l’analyse et la visualisation de données et permettent de répondre :
- aux besoins instrumentaux, comme les projets FASTER (DAQ numérique conçu et réalisé par un ingénieur du service Instrumentation) et RHB (ROOT Histogram Builder) utilisé pour l’analyse ONLINE
- aux besoins R&D, comme pour les bancs de tests permettant de caractériser les ASIC développés par le SEM (TEPIC, MCC2SA, DiamASIC, PLAS…)
- à des demandes plus ponctuelles comme pour la Fête de la Science et la vulgarisation scientifique (Muoscope)
Les applications réalisées vont du plus bas au plus haut niveau (pilote matériel, module, script, IHM) et peuvent être déployées sous différents formats (executable, librairie, paquet debian).
Les codes sources sont essentiellement écrits en langages ADA, C/C++ et Python et sont tous centralisés sur un dépôt local (Trac/SVN) ou distant (Gitlab du CCIN2P3).
SERVICES
Administration
& services généraux
Electronique
& microélectronique
Informatique
& ingénierie logicielle
Instrumentation
& expérimentation
Mécanique
étude & réalisation