Le traitement des signaux

Une fois mesur´e le temps d’arriv´ee d’une impulsion ´electrique, on enregistre la valeur pour pouvoir faire ensuite le traitement des donn´ees. La mesure du temps d’arriv´ee des impulsions se fait `a l’aide d’une chaˆıne de mesure ´electronique rapide. La figure 3.5

montre sch´ematiquement son organisation. On verra ses r´eglages plus loin (voir 3.2.2). ordinateur amplificateur rapide seuil et discriminateur à fraction constante Time to Digital Converter (TDC) mémoire tampon anode

boîtier RoentDek : DLA-TR6

mise en forme codage

détection _stockage,

traitement boîtier LCAM : CTNM4

Fig. 3.5 – Chaˆıne d’acquisition. L’impulsion ´electrique, apr`es amplification, rentre dans un discriminateur `a fraction constante. Le signal logique qui en sort est cod´e en temps par un TDC. Cette information est ensuite ´ecrite dans la m´emoire de l’ordinateur, via une m´emoire tampon.

On commence par amplifier le signal incident. Cette amplification rapide permet de r´eduire l’influence du bruit ´electronique et d’adapter le niveau de tension `a l’entr´ee du discriminateur. Le discriminateur que l’on utilise est dit « `a fraction constante ». Ce type d’appareil d´etecte non pas l’instant du maximum de tension ni celui o`u la tension passe un seuil donn´e, mais l’instant o`u elle est `a f % de son maximum, « f » ´etant la fraction. Ceci est illustr´e sur la figure 3.6. L’avantage majeur est que cela reste ind´e-

t x ( -1/G ) retard

+

Fig. 3.6 – Discriminateur `a fraction constante.

pendant de l’amplitude. Notons que pour ˆetre possible cette mesure doit faire intervenir un effet de m´emoire : c’est le rˆole essentiel du retard τ introduit (voir figure 3.6). C’est d’ailleurs lui qui permet le r´eglage de la fraction f . La seule limite `a ce que le temps mesur´e reste ind´ependant de l’amplitude est que la forme des impulsions doit demeurer constante : le temps mesur´e peut diff´erer l´eg`erement selon cette forme. On fait aussi passer le signal dans un seuil juste avant le discriminateur pour ´eliminer les basses am- plitudes, car son fonctionnement ne l’immunise pas automatiquement contre le bruit et les d´eclenchements intempestifs qu’il provoquerait. Le niveau du seuil r`egle la sensibilit´e du discriminateur (voir 3.2.2.2).

A ce stade, l’ensemble des op´erations a ´et´e r´ealis´e par le boˆıtier DLA-TR68. On continue avec le boˆıtier CTNM49. Le discriminateur `a fraction constante g´en`ere une impulsion logique. Le TDC code ensuite le front montant de ce signal avec un pas de 400 ps. C’est la r´esolution temporelle de la chaˆıne de d´etection. C’est le param`etre `a

8_{Le boˆıtier DLA-TR6 a ´et´e achet´e chez RoentDek, le fabriquant des lignes `a retard et du support}

des galettes.

9_{Le boˆıtier CTNM4 a ´et´e achet´e aupr`es du Laboratoire des Collisions Atomiques et Mol´eculaires `a}

am´eliorer pour avoir un syst`eme plus rapide. Le temps est cod´e sur 15 bits. Il est stock´e dans une m´emoire tampon, puis envoy´e vers l’ordinateur.

Chaque ´ev´enement g´en`ere cinq impulsions ´electriques, et donc autant d’instants `a coder puis `a enregistrer. Chacune des deux lignes `a retard a deux extr´emit´es, ce qui fait d´ej`a quatre temps. Le cinqui`eme est pris sur la face d’entr´ee des galettes. En effet, les galettes, en ´emettant le faisceau d’´electrons qui est d´etect´e plus bas sur l’anode, se vident elles-mˆeme de leurs ´electrons. Ceci correspond donc aussi `a une impulsion ´electrique, de charge oppos´ee. Ces cinq informations, cod´ees chacune dans un mot de 32 bits, repr´esentent donc 20 octets au total. Pour un nuage froid de 105 atomes dont on d´etecterait 10 % soit 104atomes, et qui arrive en l’espace de 10 ms sur le d´etecteur, cela fait donc un flux de 20 Mo/s repr´esentant un volume total de 200 ko. Ce sont le volume et le flux de donn´ees typiques `a enregistrer sur la m´emoire tampon puis `a ´evacuer du boˆıtier CTNM4 vers l’ordinateur.

Quand les donn´ees sont parvenues `a la m´emoire de l’ordinateur, il reste `a les r´ecup´e- rer et `a les traiter. Un programme d’acquisition10nous permet de tout stocker dans une base de donn´ees. Ces temps bruts sont ensuite convertis en position et temps d’arriv´ee. C’est l’´etape dite de « reconstruction » des ´ev´enements. On l’a dit (voir 3.1.1.2), chaque ligne `a retard permet de d´eterminer le temps et la position d’un impact sur la ligne par simple somme ou diff´erence des temps mesur´es.

Il y a donc redondance dans les donn´ees. Les cinq temps codent trois param`etres. Les temps restant servent `a faire des v´erifications. On doit ainsi v´erifier que le temps d’arriv´ee sur les deux lignes `a retard est le mˆeme. De mˆeme, la diff´erence entre ce temps commun et le temps mesur´e sur la face d’entr´ee de la premi`ere galette doit rester constante. C’est la somme du temps de transit des ´electrons dans les galettes, d´etermin´e par la haute tension de polarisation des galettes, d’une part, et d’autre part le temps de vol des ´electrons entre la face de sortie de la derni`ere galette et les lignes `a retard, d´etermin´e par la diff´erence de potentiel ´electrique entre la face de sortie et les lignes `a retard. Il est cependant possible que cette v´erification ne suffise pas et que des ´ev´enements parasites subsistent. Dans le bruit restant, on peut conjecturer que ce qui domine vient des « rebonds » dans l’´electronique (voir 3.2.2.1). Dans ce cas, l’´ev´enement est forc´ement coh´erent : il est simplement retard´e par rapport au v´eritable ´ev´enement. La redondance autorise aussi un autre tri, qui affranchit de ce bruit. Si les seuils des discriminateurs sont bien r´egl´es (voir 3.2.2.2) il est rare qu’un rebond passe. Et si des impulsions parasites sont enregistr´ees, il y a encore bien moins de chances qu’elles arrivent par paquet de cinq, une chaque voie, et qu’elles conduisent `a reconstruire un ´ev´enement vraisemblable : une position qui soit sur le d´etecteur et des temps d’arriv´ee sur les lignes `a retard et la face d’entr´ee qui soient compatibles. En ne prenant en compte que les ´ev´enement qui se sont manifest´es par cinq impulsions d´etect´ees, puis en imposant des contraintes sur la relation entre les cinq temps mesur´es, on ´elimine donc beaucoup de bruit.