Calibration

Калибровка проводилась на пучке электронов с энергией 5 ГэВ (режим рассчитан пересчетом магнитных элементов 14-го канала из режима 27 ГэВ). Режим канала приведен в соответствующей таблице. Энергия выбрана из условия, чтобы сигнал в ФЭУ (и АЦП) не находился в режиме насыщения. Рассчетное значение калибровки 2.5 МэВ/канал, так что энергия 5 ГэВ в среднем соответствут значению 2000 каналов в АЦП.

Детектор ЧСПП установлен перпендикулярно пучку. Значение HV выставлено на уровне 1800 В, такое же значение выбрано при наборе данных.

Калибровка проведена в автоматическом режиме. При этом параметры калибровки - начальная точка - центр счетчика 03_01. Детктор движется после накопления статистики 500 событий на точку с шагом полсчетчика как по горизонтали, так и по вертикали. Таким образом, средняя ожидаемая статистика на счетчик 2000 событий (с учетом шумов около 1200 событий). Таким образом, точность калибровки должна составить не хуже 0.3% (даже если ширина распределения (сигма) составляет 12%).

Данные и программы

Все данные находятся на компьютере helix в директории /data/helix/1/run05-11. Данные также скопированы на данный компьютер (proza-2m.ihep.su) в директорию /data/proza-2m/proza_data/run05-11

Фаилы для калибровки:

Название файла	Генерации	Комментарий
cspp_calib.	000-026	Общая калибровка в автоматическом режиме
cspp_calib_12_12	000	Была маленькая статистика
cspp_calib_21_8_21_9	000-001	Перекалибровка после изменения перепутанных каналов в АЦП
cspp_calib_27_10	000-001	Поменяли канал в АЦП и перекалибровку в этой области
cspp_calib_7_2_7_3	000	Перекалибровка после изменения перепутанных каналов

Программа находится на компьютере proza-2m.ihep.su в директории /home/mochalov/work/proza/offline/05-11/calibr. Название файла с последним работающим кодом offline.car. Структура программы выбрана из подготовленной ранее версии программы для обработки данных, однако существенным образом модифицирована.

Ниже (в соответствующем разделе) указана структура программы (используемые функции и их предназначение).

Калибровка данных

Настройка программы (основные алгоритмы).

Структура (основные подпрограммы и функции программы)

Название подпрограммы (функции)	Что делает	Что возвращает	Комментарий
Функции инициализации и спасения данных
SUBROUTINE ol_init	Инициализация всех данных в начале программы
SUBROUTINE encoeff_cspp	Чтение калибровочных коэффициентов из файла calib_matr.dat		В отсутствии файла берутся начальные коэффициенты
SUBROUTINE contab_cspp	Создание таблицы подсоединения и чтение замененных каналов из файла contab_cspp.dat
SUBROUTINE spil_init	Обновление счетчиков на спил
SUBROUTINE hist_init	Создание необходимых гистограмм
SUBROUTINE file_init	Чтение списка файлов для обработки из входного файла input.dat
SUBROUTINE file_open	Открытие очередного файла из списка
FUNCTION ol_save()	Спасает гистограммы с данными по концу файла и открывает новый файл	Статус файла	Прекращение обработки, если исчерпан список файлов с данными
Функции чтения, обработки и декодирования данных
SUBROUTINE ecal_cspp	Основная программы для анализа и декодировки данных
function find_cspp_header()	Поиск начала события в АЦП	Статус	.TRUE., если найден заголовок
FUNCTION check_fixed()	Проверка фиксированной длины и сдвиг, если потеряно неважное слово в данных. Вызывает начало обработки спила для пьедестальных событий)	Статус
FUNCTION event_cspp()	Обработка информации после декодировки АЦП	Число амплитуд в детекторе
SUBR crate_addr(nadr_cspp)	Декодирует адрессное слово в данных
FUNCTION cspp_cellplace(icr,ist1,ist2)	Ставит в соответствие номер канала в детекторе с адресом в электронике в соответствии с таблицой подсоединения.	Статус (найдено или нет)
SUBROUTINE begin_spill	Заполнение информации о спиле и инциализация
FUNCTION good_leng()	Проверка длины данных в событии
Функции работы с кластером (ливнем)
function cspp_find_cluster()	Поиск кластеров в детекторе	Число найденных кластеров	Процедуру отбора кластеров смотри ниже.
SUBR clear_new_cluster	Очищает массив временного кластера
SUBR fill_cluster_5_5	Заполняет временный кластер
function check_cluster_5_5()	Проверяет критерии ливня	Статус кластера
SUBR copy_cluster_5_5	Копирует "временный" кластер в хороший кластер
SUBR fill_cluster_hist	Заполняет гистограмму для отобранного кластера
FUNCTION find_maximum()	Поиск ячейки с максимальным энерговыделением	Статус поиска
Функции для калибровки данных
SUBROUTINE store_matrix	Накапливает матрицу для калибровки на каждое событие
FUNCTION solve_matrix()	Решение накопленной матрицы	Статус решения
FUNCTION cut_matrix()	Удаляет из матрицы элементы с низкой статистикой	Число ненулевых строк
function check_cluster_calib()	Выбор кластеров, удовлетворяющим треббованиям калибровки
SUBROUTINE pk_open	Открытие файла для спасения калибровочных данных
SUBR save_new_coeff	Спасение новых полученных коэффициентов
Служебные функции
SUBROUTINE udzer	Обруление массива real
SUBROUTINE uzero_i	Обнуление массива целых
SUBROUTINE ucopy_r	Заполнение массива одинаковым начальным значением
SUBROUTINE err_print	Заполнение ошибок декодировки
SUBROUTINE er_shower	Заполнение причины отбраковки кластера

Обработка данных

Декодирование данных

Процедура обработки данных подробнее описана в документе, посвященном анализу ошибок электроники. Очень коротко можно описать процедуру следующим образом:

декодирование данных

поиск начала события по последовательности слов

проверка фиксированной длины
декодировка данных с АЦП (анализ информации с пересчеток и годоскопов не проводился)

анализ данных с АЦП, если не обнаружено ошибок в данных:

поиск и проверка кластера

отбор кластеров для калибровки и заполнение матрицы

решение матрицы
повторение процедуры

Ошибки декодирования данных рассмотрены в отдельном документе.

Процедура восстановления кластера

Так как калибровка проводится на электронном пучке низкой интенсивности, то процедура поиска кластеров (ливней) упрощена и сводится к следующему алгоритму:

поиск счетчика с максимальным энерговыделением
заполнение временного кластера в области 5 на 5 ячеек относительно ячейки с максимальным энерговыделением
проверка кластера (описано ниже в соответствующем разделе) и копирование в "хороший" кластер
в случае, если в событии обнаружен ровно один "хороший" кластер, то это событие используется для калибровки.

Следует отметить, что в первой процедуре не проводится поправка на утечки ливня за край калориметра, таким образом коэффициенты для краевых счетчиков окажутся завышенными.

Метод калибровки

Калибровка производится стандартным методом оборачивания матрицы. Для решения "симметричной" матрицы используется стандартная программы rseqn (dseqn) из библиотеки CERNLIB. Для счетчиков с малой статистикой (малое значение в столбце амплитуд или малое отношение диагонального элемента к правой части) решение не проводится. Для этой цели происходит обнуление всех недиагональных элементов, а диагональный элемент и правая часть приравниваются в 1. Данная процедура также требует вычитания соответствующих значений из других элементов правой части при диагонализации матрицы. Критерии отбора (обнуления данных) описаны ниже в соответствующем разделе.

Выбор условий для калибровки

Критерии выбора событий

Критериями отбора события являются 2 условия:

в физическом событии не должно быть ошибок при декодировке
в событии обнаружен ровно один кластер. Критерии отбора кластеров приведены ниже.

Критерии выбора кластера

Для илюстрации выбранных условий для калибровки приведены данные из всех генераций основной калибровки. При этом детектор не откалиброван. Для всех счетчиков начальные коэффициенты выбраны на уровне 2.5 МэВ на канал. Кроме этого на указанных рисунках не учтены перепутанные счетчики, что немного поменяет гистограммы по распределению множественностей и числу соседей. Таким образом, приведенные ниже гистограммы не являются окончательными, однако очень близки к ним. Гистограммы по засветке приведены для генерации 015.

При поиске кластера используются следующие критерии (номер критерия соответствует типу ошибки, по которому этот кластер был отбракован - см. соответствующую гистограмму):

Номер	Описание критерия
0	Энергия при поиске максимума должна быть больше 200 МэВ
1	Энергия кластера больше 300 МэВ
2	Длина кластера в центральных ячейках должна быть больше 10
3	Длина кластера на границе калориметра должна быть больше 4
4	Длина кластера в угловой ячейке должна быть больше 3
5	Размер кластера по х-координате должен быть не меньше 3 (для граничных ячеек 2)
6	Тоже для y-координаты
7	Число "соседей" должно быть 4 (Под "соседом" понимается ячейка, граничащая с центральной по стороне)
8	Число "соседей" должно быть не меньше 2
9	Число "соседей" должно быть 2

Ниже приведены некоторые характеристики ливней (до соответствующего обрезания)
1. Распределение по энергии ВСЕХ кластеров (до отборов).
2. Распределение по числу ячеек в кластере (для ливней с суммарной энергией больше 300 МэВ)
3. Число соседей для центральных счетчиков (после обрезания по длине кластера)
4. Распределение по типу признаков отброшенных кластеров (согласно критериям)

В результате приведены
1. Распределение по множественности кластеров в событии
2. Засветка по ВСЕМ кластерам (гистограммы приведены в логарифмическом масштабе, число событий в области засветки составляет около 1500 событий, фон на уровне 10-30 событий).
3. Засветка по отобранным кластерам
4. Засветка только для событий, где обнаружен один кластер
5. Засветка отобранных для калибровки кластеров
6. Распределение по энергии событий с одним отобранным кластером.

Выбор ливня для калибровки

Единственным критерием отбраковки ливня является его энергия. При калибровке величина обрезания меняется. Начальные пороги по энергии составляют от 0.5 до 2.5 энергий пучка. Последнее значение определяется шириной энергетического распределения.

Проверка наличия данных и определение таблиц подсоединения (изменения в конфигурации электроники)

Для проверки таблицы подсоединения и засветки все файлы были обработаны по отдельности. Результаты исследований и ссылки на соответствующие рисунки приведены в таблице ниже.

Анализ данных по файлам и сопоставление с требованиями

Номер	Комментарии	Результаты обработки
000		Засветка
001	Перепутаны каналы 702 и 703. Введено изменение в таблице подсоединения	Без поправки на перепутывание С поправкой на перепутывание
002		Засветка
003	Перепутаны каналы 702 и 703. Введено изменение в таблице подсоединения	Без поправки на перепутывание С поправкой на перепутывание
004		Засветка
005		Засветка
006		Засветка
007	Перепутаны каналы 2108 и 2109. Введено изменение в таблице подсоединения	Без поправки на перепутывание С поправкой на перепутывание
008	Перепутаны каналы 2108 и 2109. Введено изменение в таблице подсоединения	Без поправки на перепутывание С поправкой на перепутывание
009	Обнаружена дырка в канале 2710. Изменен АЦП, проведена перекалибровка (см. отдельный файл)	Засветка
010	Обнаружена дырка в канале 1212. Изменен АЦП, проведена перекалибровка (см. отдельный файл)	Засветка
011	Обнаружена дырка в канале 1212. Изменен АЦП, проведена перекалибровка (см. отдельный файл)	Засветка
012		Засветка
013		Засветка
014		Засветка
015		Засветка
016		Засветка
017		Засветка
018		Засветка
019		Засветка
020	В файле нет статистики, не работал ускоритель.	Засветка, Тип событий в файле
021		Засветка
022		Засветка
023		Засветка
024	Нет данных в счетчиках 323 и 3223	Засветка
025	Нет данных в счетчиках 323 и 3223	Засветка
026	Нет данных в счетчиках 323 и 3223	Засветка

Суммарная засветка по основной части обработки приведена здесь.

После этого была проведена дополнительная калибровка (после изменения каналов в АЦП и перепутанных каналов на патч-панели).
Приведены результаты засветки детектора в области счетчика 2710, счетчика 1212, и в области, где были перепутаны каналы с исправленной для основной калибровки таблицы подсоединения и без исправления (каналы не перепутаны)). Чтобы увидеть зависимость от таблицы подсоединения был увеличен порог регистрации в каналах до 15 отсчетов. При этом четко видно потерю информации в счетчиках, когда неправильная таблица подсоединения.

Облучение в области счетчиков 323 и 3223 не проводилось из-за отсутствия времени.

Таким образом, в результате калибровки были засвечены все счетчики, кроме двух.

Изменения в настройках согласно конфигурации электроники

Калибровка основной части проведена с таблицей подсоединения из файла contab_cspp.dat.calib.1
Содержимое файла:
1 7 2 1 16 13
1 7 3 1 7 2
1 16 13 1 7 3
2 13 8 1 16 13
2 13 9 2 13 8
1 16 13 2 13 9
1 8 5 1 16 1
3 5 15 3 16 1
3 7 10 3 16 2

Калибровка дополнительных файлов (с перепутанными каналами) проведена из файла contab_cspp.dat.calib.2
Содержимое файла:
1 8 5 1 16 1
3 5 15 3 16 1
3 7 10 3 16 2

Собственно калибровка

Ход калибровки

Сначала проведена калибровка для основной части совместно с двумя незасвеченными каналами (счетчики 2710 и 1212).
Результаты калибровки спасены в файл calib_matr.dat.v1. Также спасены гистограммы для различных калибровок.

На втором этапе проведена дополнительная калибровка для ВСЕХ дополнительных файлов. При этом увеличено обрезание по величине диагонального элемента, чтобы не перекалибровывать счетчики, по котором не светили во время дополнительной калибровки.

Окончательные результаты спасены в файл calib_matr.dat.v2.

Результаты калибровки

Приведены:
энергетический спектр в центральных ячейках до калибровки (с начальными коэффициентами 2.5 МэВ/отсчет для всех счетчиков);
энергетический спектр после калибровки;
изменения коэффициентов в последней итерации;
значения коэффициентов (в Гэв/канал).
значения коэффициентов для центральных счетчиков (в МэВ/канал) и отфитированный вариант

Видно, что пучок достаточно грязный и имеет широкий импульсный разброс. В то же время удалось улучшить разрешение с 20% до 12%.
Единственный вопрос - среднее значение несколько меньше 5 ГэВ. Возможно, это связано с большим фоном в пучке.

Список счетчиков с большим коэффициентом

coeff for x: 3 y: 1 =   0.00358892744
coeff for x: 3 y: 4 =   0.00369510497
coeff for x: 3 y: 14 =   0.00453149667
coeff for x: 3 y: 21 =   0.00948242564
coeff for x: 3 y: 22 =   0.00671942765
coeff for x: 3 y: 24 =   0.00350176683
coeff for x: 4 y: 8 =   0.00416487455
coeff for x: 4 y: 19 =   0.00492977584
coeff for x: 4 y: 23 =   0.00407834491
coeff for x: 4 y: 24 =   0.00372876553
coeff for x: 6 y: 8 =   0.00390179874
coeff for x: 7 y: 14 =   0.00352377561
coeff for x: 7 y: 24 =   0.00565617858
coeff for x: 8 y: 16 =   0.00497918064
coeff for x: 10 y: 1 =   0.0051547219
coeff for x: 11 y: 24 =   0.00365748699
coeff for x: 14 y: 1 =   0.00589515828
coeff for x: 14 y: 18 =   0.00352627249
coeff for x: 14 y: 21 =   0.00387878297
coeff for x: 15 y: 1 =   0.00416798098
coeff for x: 15 y: 12 =   0.00932925753
coeff for x: 17 y: 7 =   0.00353785534
coeff for x: 18 y: 24 =   0.00404455001
coeff for x: 19 y: 12 =   0.00564218871
coeff for x: 19 y: 18 =   0.00422654534
coeff for x: 20 y: 1 =   0.0265027266
coeff for x: 23 y: 22 =   0.00536553515
coeff for x: 24 y: 7 =   0.00474804454
coeff for x: 24 y: 15 =   0.00418389449
coeff for x: 25 y: 1 =   0.00432120776
coeff for x: 26 y: 7 =   0.00358165056
coeff for x: 27 y: 1 =   0.00378437527
coeff for x: 27 y: 10 =   0.0203100517
coeff for x: 28 y: 24 =   0.00865175109
coeff for x: 29 y: 1 =   0.00556445541
coeff for x: 29 y: 21 =   0.003744466
coeff for x: 29 y: 24 =   0.00611651782
coeff for x: 30 y: 1 =   0.00585489534
coeff for x: 30 y: 23 =   0.00535665872
coeff for x: 30 y: 24 =   0.00864025205
coeff for x: 31 y: 2 =   0.00395044312
coeff for x: 31 y: 24 =   0.00841939263
coeff for x: 32 y: 1 =   0.0149851423
coeff for x: 32 y: 4 =   0.00465662312
coeff for x: 32 y: 5 =   0.00492478721
coeff for x: 32 y: 6 =   0.00436441088
coeff for x: 32 y: 8 =   0.00381088257
coeff for x: 32 y: 9 =   0.00829936005
coeff for x: 32 y: 10 =   0.0051935981
coeff for x: 32 y: 11 =   0.00668073399
coeff for x: 32 y: 14 =   0.00398009457
coeff for x: 32 y: 15 =   0.00455463771
coeff for x: 32 y: 16 =   0.00695346529
coeff for x: 32 y: 19 =   0.00867796224
coeff for x: 32 y: 21 =   0.00525349472
coeff for x: 32 y: 22 =   0.00614131149
coeff for x: 32 y: 24 =   0.00482311426

Выделены зеленым цветом счетчики на границе, красным цветом - счетчики из центральной части с коэффициентом более 4.5 МэВ/канал.

Список счечиков с маленьким коэффициентом

Счетчик 2323 имеет подозрительно низкий коэффициент, при этом спектр в нем не просматривается. Таким образом, этот счетчик вероятно плохо засвечен или странно ведет, так что его поведение необходимо исследовать дополнительно.
coeff for x: 23 y: 23 = 0.000793899526

Калибровка вклада сигнала от счетчиков в триггерный сигнал

Калибровка триггерного сигнала проводилась также на калибровочных данных. Для калибровки использовался оцифрованный триггерный сигнал (который приходил во второй крейт с АЦП (станция 16, место 16). Для исследования отбирались только калибровочные события, в которых выполнялись следующие условия:

события удовлетворяли всем критериям для обычной калибровки
величина триггерного сигнала превышала 200 отсчетов
счетчик с максимальным энерговыделением (центр кластера) находился в центральных ячейках детектора (то есть не принадлежал крайним рядам, которые не должны давать вклад в триггерную сборку).

Ниже приведены:
отобранный триггерный сигнал
двумерное распределение сигнал/энергия кластера

Метод калибровки

Метод калибровки был идентичен обычной калибровке - находились коэффициента перевода энергии в ячейке в амлитуду в АЦП. Для этого энергия каждой ячейки (в ГэВ) умножалась на 200 и делилась на триггерный сигнал. Находилось решение системы уравнений (методом оборачивания матрицы), чтобы отношение такой суммарной энергии кластера к амплитуде АЦП равнялась 1. Таким образом получались коэффициенты в единицах отсчет АЦП/5 МеВ. (Множитель 200 был выбран для того, чтобы это отшение было примерно равно 1. Такая нормировка удобна для отбора ненулевых счетчиков). Калибровка также проводилась в 2 этапа, аналогично обычной калибровке.

Результат калибровки

Приведены
Спектр триггерных калибровочных коэффициентов
Двумерное распределение (box) и (lego) получившихся коэффициентов.

Все коэффициенты спасены в файле calib_trig.dat.v2
Гистограммы с получившимися коэффициентами спасены в файле trig_coeff.v2.his

Среднее значение по столбцам

Приведены номер столбца, среднее значение и число счетчиков, по которым проводилось усреднение
Average coeff for col: 4 is 0.735476077 22
Average coeff for col: 5 is 0.754960954 22
Average coeff for col: 6 is 0.761708498 22
Average coeff for col: 7 is 0.822127938 22
Average coeff for col: 8 is 0.84018749 22
Average coeff for col: 9 is 0.83268714 22
Average coeff for col: 10 is 0.890001357 22
Average coeff for col: 11 is 0.802568972 21
Average coeff for col: 12 is 0.822984934 22
Average coeff for col: 13 is 0.830961943 22
Average coeff for col: 14 is 0.875820696 22
Average coeff for col: 15 is 0.836786747 21
Average coeff for col: 16 is 0.851421297 22
Average coeff for col: 17 is 0.844780862 22
Average coeff for col: 18 is 0.915151536 22
Average coeff for col: 19 is 0.826333821 22
Average coeff for col: 20 is 0.916913748 22
Average coeff for col: 21 is 0.891432583 22
Average coeff for col: 22 is 1.00587928 22
Average coeff for col: 23 is 1.08597934 22
Average coeff for col: 24 is 1.02406001 22
Average coeff for col: 25 is 0.937402546 22
Average coeff for col: 26 is 0.824124932 22
Average coeff for col: 27 is 0.799363613 21
Average coeff for col: 28 is 0.75633198 22
Average coeff for col: 29 is 0.709571064 22
Average coeff for col: 30 is 0.736184478 22
Average coeff for col: 31 is 0.689271033 22

Список счетчиков с малым и большим вкладом в триггерную систему.

Small:x:y 6 8:: 0.488074094
Small:x:y 11 15:: 0.0176546387
Small:x:y 14 21:: 0.460411221
Small:x:y 15 12:: 0.214162514
Small:x:y 19 12:: 0.360500038
Small:x:y 19 18:: 0.472329855
Small:x:y 23 22:: 0.430323929
Small:x:y 24 7:: 0.417418301
Small:x:y 24 15:: 0.482876867
Small:x:y 27 10:: 0.0963145345
Small:x:y 29 21:: 0.445948839
Small:x:y 30 2:: 0.43750453
Small:x:y 30 23:: 0.343356401
Small:x:y 31 2:: 0.437092781

Large:x:y 8 22:: 1.20487833
Large:x:y 10 2:: 1.11314487
Large:x:y 10 7:: 1.21590507
Large:x:y 17 19:: 1.10748506
Large:x:y 18 19:: 1.10075665
Large:x:y 20 12:: 1.10162652
Large:x:y 20 13:: 1.12487161
Large:x:y 21 14:: 1.11233401
Large:x:y 22 2:: 1.1602906
Large:x:y 22 6:: 1.11048281
Large:x:y 22 19:: 1.18449473
Large:x:y 22 20:: 1.10626483
Large:x:y 22 21:: 1.18557751
Large:x:y 23 2:: 1.16258597
Large:x:y 23 3:: 1.25521946
Large:x:y 23 4:: 1.39790285
Large:x:y 23 5:: 1.31669569
Large:x:y 23 6:: 1.29448795
Large:x:y 23 7:: 1.13099742
Large:x:y 23 12:: 1.24873948
Large:x:y 23 13:: 1.15579021
Large:x:y 23 18:: 1.23765194
Large:x:y 23 19:: 1.15767419
Large:x:y 23 21:: 1.21277964
Large:x:y 23 23:: 2.19646859
Large:x:y 24 2:: 1.2508496
Large:x:y 24 3:: 1.21744108
Large:x:y 24 6:: 1.35640001
Large:x:y 24 8:: 1.46422338
Large:x:y 24 10:: 1.22424304
Large:x:y 24 18:: 1.22422922
Large:x:y 24 20:: 1.19715369
Large:x:y 24 21:: 1.19174075
Large:x:y 24 23:: 1.82000256
Large:x:y 25 13:: 1.13161325
Large:x:y 25 14:: 1.3777678
Large:x:y 25 16:: 1.16475332

Краткие выводы по триггерной калибровке.

Несколько счетчиков (выделены красным) надо проверить. Среднее значение в 3-х столбцах (22, 23, 24) выше, чем в остальных. Зависимости коэффициентов от столбца не видно (иначе коэффициенты должны были бы увеличиваться с уменьшением номера столбца).