Application du système d'acquisition de données Plurimat 20 en physique

HAL Id: jpa-00244195

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Application du système d’acquisition de données

Plurimat 20 en physique

J.F. Sellier, G. Guillaume, J.P. Weymann

To cite this version:

APPLICATION

DU

SYSTÈME

_{D’ACQUISITION}

DE

DONNÉES

PLURIMAT

20

EN

_PHYSIQUE

J. F. SELLIER

_(*),

G.

GUILLAUME

et J. P.

WEYMANN

Centre de Recherches Nucléaires et Université Louis

Pasteur,

Strasbourg,

France

(Reçu

le 24

_septembre

_1976,

_accepté

le 27 octobre

₁₉₇₆₎

Résumé. 2014 Deux

applications

du système

d’acquisition

de données Plurimat 20 sont

présentées.

L’une concerne un

_appareil

destiné à

l’enregistrement automatique

sur minicassette de 48

para-mètres

_{indépendants, quasi simultanément,}

_provenant de mesures de

grandeurs physiques (telles

que des

températures)

codées en

_{fréquence. L’échantillonnage}

des

_paramètres

et le

_couplage

de la minicassette au Plurimat 20 sont décrits. L’autre

application

a trait à

_{l’acquisition}

d’événements

corrélés en

_{Physique Nucléaire ;}

une

expérience

de corrélation

angulaire

03B1-03B3, par la réaction

18O(t, 03B103B3)

17N, est décrite dans sa

_{partie technique.}

Abstract. 2014 Two

applications

of the Plurimat 20

data-acquisition

system are

_presented.

The first concerns the apparatus used to

_{automatically}

and

_{quasi-simultaneously}

record 48

independent

physical

parameters

(such

as

_{temperatures)}

on a minicassette. The

sampling procedure

and the

coupling

of the cassette to the Plurimat 20 are described. The second

_application

treats the

acqui-sition of correlated nuclear

physics

events and is

exemplified by

an 03B1-03B3

angular

correlation

expe-riment using the 18O(t,

03B103B3) 1_{7N reaction.}

Classification

Physics Abstracts 0.670

1. Le

_système

Plurimat 20. - Nous

présentons

ici brièvement et _{pour la clarté de}

_{l’exposé qui}

_suit,

le

système

d’acquisition

Plurimat 20

₍₁₎

utilisé dans

notre laboratoire. Ce

_{système comprend}

un mini-ordinateur Multi 20 de 32 K octets de

_mémoire,

une

visualisation

_{biparamétrique,}

un dérouleur de bande

magnétique

9

_pistes

800 BPI

_Type

AMPEX-TMZ

compatible

IBM,

deux convertisseurs

analogiques-numériques

CT 103

_{Intertechnique}

et une

_télétype

ASR 33. La liaison entre le mini-ordinateur et les

périphériques

est effectuée par l’intermédiaire d’un ensemble de

_coupleurs

soit sur la liaison standard

parallèle qui

est constituée du bus

_{d’entrée-sortie,}

soit

sur la mémoire par canal d’accès direct mémoire. Un

coupleur

complémentaire

M

1604,

32 entrées et sorties

numériques,

résout la

_plupart

des connexions

d’élé-ments

_{périphériques}

non conventionnels. Ces 32

_lignes

sont

_réparties

en 4 groupes de 8

_{lignes. Chaque}

_groupe

constitue un canal adressable

grâce

aux codes de fonc-tion des instructions d’entrée-sortie. Les transferts de données s’effectuent en mode

_programmé

sur le bus

d’entrée-sortie

_parallèle.

Chacun des 4 canaux

_dispose

d’une

_{ligne d’interruption}

ordonnée par le

périphé-(*) Adresse permanente : Ecole Nationale Supérieure des Arts et Industries, Strasbourg, France.

(1) Système commercialisé _par la Société _{Intertechnique,} 78370 Plaisir, France.

rique.

Un 0 U

_logique

réunit les 4

_{lignes d’interruption}

en un niveau

_{unique d’interruption}

externe commandé par un _{sous-programme}

_{d’interruption.}

Des

_{dispositifs électroniques originaux}

et

complé-mentaires,

tels que

enregistrement

de données sur

minicassette du commerce et relecture de ces cassettes

sur le mini-ordinateur Multi

_20,

sont décrits en détail

ci-après.

2.

_Applications

du

_système

Plurimat 20 en

_physique.

- 2.1 CODAGE

EN

FRÉQUENCE

D’INFORMATIONS ISSUES DE CAPTEURS DE TEMPÉRATURE ET STOCKAGE SUR MINICASSETTE DU COMMERCE. - 2.1.1 Introduction.

-La réalisation de circuits

_{électroniques}

annexes au

mini-ordinateur et l’utilisation de ce dernier est en rela-tion avec le

_problème

_physique

suivant : comment

déterminer les coefficients

d’échange

thermique

d’une enceinte de

grand

volume

_{(par exemple}

un

immeuble) ?

Il est _pour cela nécessaire de connaître les variations des

caractéristiques thermiques

de cette enceinte avec les conditions

_{extérieures,}

en effectuant des mesures de

température

en de nombreux endroits de l’enceinte. Par

suite du

grand

nombre de mesures à faire et de leur durée

_{(plusieurs jours}

ou même

plusieurs

semaines)

il est nécessaire de

_prévoir

un

_système

d’acquisition

de

données à

_{grande capacité}

mémoire. Pour éviter l’immobilisation

_permanente

du

_système

_{d’acquisition}

de

données,

nous avons stocké les

informations,

après

448

codage

en

_fréquence,

sur une minicassette. Nous avons

réalisé une interface branchée sur le

_coupleur

M

_1604,

qui

effectue le

vidage

des événements

_enregistrés

sur la

minicassette dans la mémoire du mini-ordinateur Multi 20.

_{L’enregistrement}

sur bande

_magnétique

9

_pistes

800 BPI

permet

alors un traitement

mathé-matique

élaboré des événements sur des ordinateurs de

plus

grosse taille

(UNIVAC

1100,

CII du

CRN,

par

exemple).

2.1.2

_{Caractéristiques}

des

_paramètres

et de

l’échan-tillonnage.

- Les

températures

sont des

_grandeurs

physiques

ramenées à une

grandeur électrique

analo-gique

ou

_digitale

à l’aide de transducteurs

_appropriés.

Nous avons

_entrepris

de

_pouvoir

suivre l’évolution de 48

_paramètres

_{indépendants,}

_quasi

simultanément et de les

_enregistrer.

Un commutateur

_analogique

et un

convertisseur

_{analogique-numérique}

_permettent

de coder successivement tous les

_paramètres.

L’enregis-trement de la valeur mesurée s’effectue alors

immédia-tement à la fin du

_temps

de mesure. La

_rapidité

de

l’échantillonnage dépend

surtout du convertisseur

analogique-numérique

utilisé. Dans notre cas, le

temps

de mesure est de 100 ms et le

_temps

_{d’enregistrement}

a été fixé à la même valeur pour

_permettre

l’enregistre-ment de tous les bits caractérisant un

_paramètre.

La scrutation de tous les

_paramètres

s’effectue

régulière-ment et le

temps

entre

_chaque

scrutation

peut

être

présélectionné

à une valeur

_comprise

entre 1 et

90 minutes.

_{L’enregistreur}

ne fonctionne _pas

continuel-lement mais est mis en route à

_chaque

scrutation et

arrêté

_après

le 48e

_paramètre.

Le

_diagramme

en

_temps

de

_{l’enregistrement}

est

_explicité

_{par le schéma de}

la

_figure

1. ,

FIG. 1. -

Diagramme en _temps d’un _{enregistrement complet.}

2.1.3

Caractéristiques

de

_{l’enregistrement.}

-Comme le

_temps

_{d’enregistrement}

d’un

_paramètre

est

relativement

_long,

on a choisi _pour

_représenter

les

nombres un

_codage

en

_fréquence.

Aux valeurs 1 et 0 de l’information

_{digitale correspond respectivement}

les

fréquences f,

et

_fo.

Un

_digit

de

_{fréquence f2,}

intercalé

entre les

_{digits f,}

1 et

fo,

permet

le

synchronisme

de la

bande

_magnétique

à la lecture. Ce nombre

_digital

représentant

la valeur d’un

_paramètre

est codé sur

25 bits

_appelés

bits

_{informations.}

Entre

_chaque

bit information est intercalé un bit

horloge

_{pour la}

synchro-nisation. Au

total,

il y a 50 bits par nombre. Le

_temps

d’enregistrement

d’un nombre est de 100 ms, la durée d’un bit sera donc de 2 ms. Celle-ci étant

_fixée,

on

_peut

choisir les

_{fréquences fo, fi, f2 qui}

ont _pour valeur

respectivement

0,

4 000

_Hz,

6 000 Hz. La valeur 0

correspond

à l’absence de

_signal.

La

_figure

2

repré-sente le

_{diagramme d’enregistrement}

d’un nombre.

FIG. 2. - Diagramme de l’enregistrement d’un nombre.

Après l’enregistrement

d’un

nombre,

il y a donc un

espace de 100 ms

_{correspondant}

à une mesure. On

place

dans cet intervalle de

_temps

une information

supplémentaire

de

_fréquence

_{f3 indiquant}

la fin de

l’enregistrement

du nombre comme le montre le

dia-gramme de la

figure

3.

FIG. 3. -

Diagramme en _temps de la fin d’un enregistrement.

2 .1. 4 Lecture de la bande. - La sélection de

chaque

fréquence

s’effectue à l’aide de filtres.

_Chaque

filtre est

suivi d’un circuit de mise en forme

_composé

d’un

comparateur

et d’un monostable

_{(Fig. 4).}

FIG. 4. - Schéma de

principe du lecteur ; f = filtre,

C =

Un

registre

à

_décalage

transforme l’information série en une information

_parallèle.

La sortie

_parallèle

du

_registre

est reliée à l’entrée de la catte

_coupleur

M 1604 du mini-ordinateur Multi-20. La sortie fin de

mot envoie une

_impulsion

sur la

_ligne

_{d’interruption}

du

mini-ordinateur. Ce dernier traite alors un

sous-programme

correspondant

à cette

_{interruption.}

Le programme en

_langage

machine

_comporte

donc deux

phases :

l’attente

_{d’interruption}

et _{le sous-programme}

d’interruption

entrée du nombre. Le programme est

disponible

sous forme de ruban

_perforé.

Le

sous-programme

d’interruption

effectue le

cadrage

du nombre et le

_rangement

en mémoire. Il est

_possible

de

prévoir

un _{sous-programme de} traitement

_plus

complet

tel que linéarisation et calibration des nombres.

Tou-tefois,

ce _programme ne

_peut

durer

_plus

de _{200 ms,}

puisque

au bout de ce

_temps

un nouveau nombre doit

pouvoir

entrer en mémoire.

2.1.5 Conclusion. -

Bien que notre réalisation soit caractérisée par une faible

rapidité d’acquisition

(5 paramètres

par

seconde),

elle a

_l’avantage

d’un faible

coût de revient _par suite de la

_simplicité

_{de la} concep-tion des circuits

_{électroniques}

et d’être insensible aux

parasites

ambiants.

Ultérieurement,

nous

augmen-terons la

_rapidité

et la fiabilité de

_{l’enregistrement}

par l’utilisation de bande

magnétique

à deux

_pistes,

l’une pour les informations et _{l’autre pour les bits} de

synchronisation.

2.2 CORRÉLATIONS ANGULAIRES DANS LE NOYAU

17N. -

La détermination de moments

_angulaires

totaux

_(spins)

_{des états excités d’un noyau, ainsi que} de

mélanges multipolaires

des transitions

électromagné-tiques, requiert

le

_plus

souvent la mesure de fonctions

de corrélation

_angulaire

entre deux radiations

succes-sives. Dans le cas du

noyau l’N,

que nous avons étudié

par la réaction

180(t,

exy)17N

à

Et

= 3.5 MeV

[1 ],

les corrélations

_angulaires

ont été mesurées dans une

géométrie particulière

dite méthode II de Litherland

et

_Ferguson

_{[2] :}

seules les

_particules

a émises le

_long

de l’axe du faisceau des tritons incidents étaient

détec-tées,

en coïncidence avec les

rayonnements

y

produits

par la réaction. Dans cette

_symétrie

_axiale,

seuls les sous-états

_magnétiques

+

_1/2

et -

_1/2

sont

_peuplés,

à

_{égalité ;}

on réalise ainsi un

_{alignement optimum}

des

noyaux

17 N*.

En

réalité,

le détecteur de

particules

(annulaire,

en

_silicium)

_que nous avions

_placé

à

_1800,

a des dimensions

_finies,

avec des

angles

de détection

compris

entre 1640 et

_175°,

ce

_qui

a _pour effet de

peupler

aussi,

et _pour moins de 10

_%

les sous-états

magnétiques

+

_3/2

et -

_3/2.

La détection des

rayon-nements y était assurée par un cristal

Ge(Li)

de 120

cm3

de volume et de 4 keV de résolution en

_énergie

à

Ey

=

1,33

MeV

(sous faisceau), placé

à 9 _cm de la

cible,

et tour à tour

_positionné

à

_6y

=

00, 30°, 45°,

_55°,

60° et 90°. Tous les détecteurs utilisés ont été construits dans notre laboratoire. La cible était constituée d’une feuille

_autoportée

de 50

_Jlg/cm2

_d’oxyde

de

_{titane ;}

elle a été

_{préalablement fabriquée,}

sous enceinte

d’argon,

par

électrolyse

d’une feuille de titane dans un

bain

_{D2 180}

dont l’enrichissement

en "0

était de 98

_%.

La

_{réaction 18O(t, 03B1)17N}

est _{caractérisée par} un

ren-dement faible

_[3],

mais est certainement la seule uti-lisable _pour lever toutes les

_ambiguïtés

laissées par les études antérieures sur

17 N.

Les réactions

_{compétitives}

ou

_parasites,

nombreuses et

_prolifiques

_[180(t,

_p)2°0,

16O(t,

p)18O, 12C(t, p)14 C

notamment],

ainsi _{que le} bruit de

_rayonnement

ambiant occasionné par l’accélé-rateur et le faisceau de

tritons,

masquent

les

phéno-mènes à étudier. De

façon

à remédier à

ceci,

nous avons

utilisé d’une

_part,

un détecteur de

particules

mince

(d’épaisseur

34 pm dans une

_première

série de _mesures,

puis

un autre de

_{25 pm}

dans la

_suite)

_permettant

l’obtention d’un

_spectre

de

_particules

a débarrassé des groupes de

protons

sur sa

_{plus grande partie}

_et,

d’autre

_part,

le

_système

Plurimat 20

_permettant

l’acqui-sition de tous les événements en mode

biparamétrique

sur des

temps

de mesure

_longs.

Soulignons

que ce

logiciel

programmable

évitait aussi

_l’emploi

de fenêtres

_analogiques

dont la

_{multiplication}

n’aurait eu

d’autres fins que de diminuer la fiabilité de

_{l’expérience}

et de donner des informations

_partielles

et achevées

qui

ne

_pourraient

être ni

améliorées,

ni

_corrigées

qu’aux

dépens

de nouvelles semaines de mesure à

l’accélérateur.

Les circuits

_{électroniques}

utilisés

_{(Fig. 5)}

sont du

type

rapide-lent

avec un

_temps

de résolution de 30 ns

FIG. 5. - Bloc

diagramme de l’unité de coïncidence «

rapide-lent ». PA = préamplificateur ; A = _{amplificateur linéaire ;}

DR = discriminateur à fraction constante ; _CTA =

convertis-seur _{temps amplitude ;} D = _{discriminateur}

différentiel ;

R = _{ligne à retard ; CAN} = convertisseur

analogique-numé-rique.

(mesuré

à la base du

_pic

_temps

_{donné par le} CTA et

sans sélection

_{d’énergies}

sur les deux

_voies)

et un

450

la

_porte

des deux convertisseurs

_analogiques

CT 103 laissant le passage à deux

impulsions énergies

venant

des deux détecteurs. Au niveau de l’ordinateur Multi-20 des

_{couples (X, Y) = (énergie}

gamma,

énergie

parti-cules)

sont ainsi

_générés

et codés sur deux fois deux

octets. La

_{configuration}

maximum _que nous avons

adoptée

était de 2 048 x 512 canaux. Une mémoire

tampon

dans l’ordinateur retient ces

_couples

en

simul-tanéité avec

_{l’acquisition}

et est

_vidée,

_{lorsqu’elle}

est

saturée,

sur une bande

_{magnétique, pendant}

_que, sans

temps

mort, une autre mémoire s’active. Des blocs de 960 octets sont ainsi constitués sur la bande

magné-tique,

les deux

_premiers

octets étant réservés à la date d’écriture du bloc

_[4].

L’expérience

a duré environ trois semaines. Le taux

de coïncidences était de l’ordre de un à _{deux coups} par seconde pour

un

faisceau de tritons d’intensité 20 à 80 nA suivant

_l’angle

_0y

_{choisi ;}

ces conditions

correspondaient

en fait à des

_temps

morts d’environ 60

_%

au niveau des convertisseurs CT 103 et _{pour les}

spectres

directs.

Les événements

_{biparamétriques}

stockés sur bandes

magnétiques

ont été ensuite triés et ordonnés en

pla-çant,

par programme, des fenêtres

numériques

sur les

voies d’intérêt X ou Y. La reconstitution des

_spectres

en

_{coïncidence,}

_{soit par}

_feuilletage,

soit par

projection,

a été réalisée à cause d’une infrastructure en

pro-grammes divers très

élaborée,

sur un ordinateur

IBM 1130 et dont la structure en mot de 16 bits

_permet

une lecture aisée des événements. La

_figure

6 montre

FIG. 6. - Spectre

de rayonnements y obtenu à

_03B803B3

= 90° _en

coïncidence avec le groupe de particules a alimentant le niveau

de 2,53 MeV. Ce _{spectre, construit} à partir des événements

bruts, représente environ le tiers de la statistique totale. Le schéma de désexcitation du niveau de _2,53 MeV est présenté en encart.

un

_spectre

_{de rayonnements y} en

_{coïncidence,}

recons-truit en

_plaçant

une fenêtre en Y sur les groupes de

particules

03B14 alimentant le niveau de

2,53

MeV

de 17N.

Les intensités des

_pics

de

_{pleine énergie}

ont été extraits

pour

chaque angle

0.,

et normalisées d’un

_angle

à un

autre à l’aide des

_spectres

de

_particules

directs. Pour l’obtention des informations de nature

_{spectroscopique,}

nous avons

analysé

les corrélations

angulaires

suivant

le formalisme

_développé

_{par Poletti} et Warburton

_{[5] :}

les corrélations

_{angulaires expérimentales}

sont lissées

par des fonctions de corrélations

angulaires

théoriques

contenant les

_quantités

à obtenir

_{(spins, mélanges}

multipolaires, intensités)

et _par une méthode de

moindres carrés linéaires.

Un travail assez

_long

de

_{dépouillement}

des résultats

bruts,

qui

a consisté à relire les bandes

_magnétiques

de nombreuses fois à

l’ordinateur,

nous a

_permis

de

déterminer,

sans

_ambiguïté,

les

_propriétés

électro-magnétiques

des six

_premiers

états excités

de 17N

[1 ].

Ces

_{propriétés, telles}

_que

_énergies

des

_{états, rapports}

d’embranchement

des

transitions _y,

_mélanges

multi-polaires

et valeurs de

_spins,

découlent de notre étude

sans référence aux résultats

_{fragmentaires}

connus _par

ailleurs. Un intérêt évident d’un

_{système mégacanaux,}

avec

_stockage

de tous les événements sur bande

magné-tique,

réside aussi dans le fait _que des résultats anté-rieurement bien connus et

_qui

concernent d’autres

noyaux,

peuvent

être recherchés et servir de tests de confiance. Ainsi les

_énergies

des états de

17 N

sont

établies,

à

₀₇

=

90°,

par référence avec ceux de

11B

et

_180,

en

_particulier,

atteints par les réactions

12C(t, 03B103B3)11B

et

_{160(t, py)180 ;}

les

_spins

de

_quelques

niveaux très excités de

_2°0,

_{atteints par 180(t, p)2°0,}

sont aussi retrouvés en traitant les corrélations

angu-laires

_{(p, y) correspondantes.}

3. Conclusion. - Nous

avons décrit dans cet article deux

_applications

du

_{système d’acquisition}

Plurimat 20. L’une concernait

_{l’enregistrement,}

effectué

automati-quement

et

_quasi

_{simultanément,}

de 48

_paramètres

indépendants

sur minicassette et le

_couplage

de cette

dernière au

_système.

Il est _{bien entendu que les}

48

_{paramètres (ou}

_plus)

_peuvent

_provenir

d’autres

grandeurs physiques

que des

températures,

en faisant

suivre les

_appareils

de mesures de transducteurs ou de

convertisseurs

_appropriés.

La seconde

_application

a été faite à la

_Physique

Nucléaire où le

_système

Plurimat 20

a montré sa nécessité _par

_rapport

aux

_systèmes

clas-siques

modulaires,

sa facilité

d’utilisation,

son utilité

et sa fiabilité à

l’acquisition

de

grandeurs

corrélées,

telles _que celles

_provenant

d’une

_expérience

de corré-lations

_{angulaires particule-gamma.}

Remerciements. - Un des auteurs

(JFS)

est

recon-naissant au Professeur R. Armbruster de l’avoir accueilli dans son laboratoire au C. R. N.

Bibliographie

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[5] POLETTI, A. R. and WARBURTON, E. K., Phys. Rev. 137 (1965)