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Integrazione dei rivelatori Dr. Emanuele Pace Giugno 2006 Corso di Rivelatori per lo Spazio.

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Presentazione sul tema: "Integrazione dei rivelatori Dr. Emanuele Pace Giugno 2006 Corso di Rivelatori per lo Spazio."— Transcript della presentazione:

1 Integrazione dei rivelatori Dr. Emanuele Pace Giugno 2006 Corso di Rivelatori per lo Spazio

2 E. Pace - Rivelatori per lo spazio2

3 3 Obiettivi e specifiche Obiettivo della Missione Richieste dello user Limiti politici Limiti economici Richieste per la missione Prestazioni Affidabilità Copertura Costi Durata Ground segment Stazioni di terra Data processing Specifiche per la sonda Orbita Potenza Configurazione Massa Operazioni Lanciatore Volume Massa Environment Specifiche per i sottosistemi TermicoPotenzaComunicazioni StrutturaElettronicaControllo dassetto

4 E. Pace - Rivelatori per lo spazio4 Sottosistemi Space segment BusPayload Propulsione (1) (4) Termico (1) (6) Controllo dassetto e di orbita (1) (4) Struttura (5) Data handling (2) Telemetria (2) e comandi (3) Power (7) Meccanismi (5) I numeri tra parentesi sono riferiti ai requisiti di funzionamento riportati nella diapositiva successiva

5 E. Pace - Rivelatori per lo spazio5 Sviluppo di un satellite Qualifica dei componenti Electrical Model: electrical tests EMC tests Procedure di check pre-lancio Structural Model: thermo-vacuum test vibration tests Flight Model Engineering Model Proto-Flight Model

6 E. Pace - Rivelatori per lo spazio6 Sottosistemi: telemetria Esempi di telemetria:

7 E. Pace - Rivelatori per lo spazio7 Sottosistemi: alimentazione Fornita da batterie: Fornita da batterie: Nickel-cadmio Nickel-cadmio Zinco-Argento Zinco-Argento Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V Lalimentazione deve anche provvedere a Lalimentazione deve anche provvedere a Riscaldatori Riscaldatori Motorizzazioni Motorizzazioni Funzioni pirotecniche Funzioni pirotecniche

8 E. Pace - Rivelatori per lo spazio8 Standard da applicare al bus PS Bus di tensioni costanti giorno e notte: 28 V per potenze fino a 1,5 kW 50 V per potenze fino a 8 kW 100 V e 120 V per potenze maggiori Valori nominali del regolatore principale in condizioni stazionarie entro ± 0,5 % Per transienti di carico fino al 50 % del carico nominale i transienti sul bus non devono superare l1 %, le tensioni del bus devono rimanere entro il 5 % del valore nominale. In caso di rottura del fusibile, il riavvio del sistema non deve provocare un overshoot maggiore del 5 % del valore nominale del bus. Valore del ripple di tensione inferiore al 0,5 % picco-picco della tensione nominale del bus. Spikes di tensione relativi alle commutazioni inferiori al 2 % picco-picco della tensione nominale del bus (misurata con un oscilloscopio analogico con banda-passante minima di 50 MHz minimum o con un oscilloscopio digitale che offra prestazioni equivalenti o migliori). Limita il peso dei cavi

9 E. Pace - Rivelatori per lo spazio9 Power Supply Low Voltage High Voltage Batteries LIDAR & IR camera CCU TCU Thermal control Lid mechanism PS control Telemetry Emergency Actuators Focal Surface Calibration Detectors MARS - ASIC Electronics Sources Detectors Trigger & DH Esempio: EUSO

10 E. Pace - Rivelatori per lo spazio10 CAEN S9030 PS Module Input Voltage+15 V ÷ +20 V Output Voltages HVOUT: -900 V HV AUXOUT: +3.5 V ÷ +13 V (referred to HVOUT) Output Current8 mA maximum Output Power7 W maximum Output Ripple (Differential Mode) 200 mVpp (100 Hz to 15 MHz) Input Ripple 200 mVpp (input filtered by a 22 µH series inductor); measured according to MIL-STD-461 specifications Switching Frequency 140 KHz ÷ 160 KHz Sync Frequency170 KHz ÷ 220 KHz Line Regulation500 mV maximum Load Regulation10 V maximum HV OUT Temperature Drift 100 ppm/°C Radiation tolerance30 Krad Operating Temperature -20 ÷ +60 °C nominal PackagingPolyamide PCB (135.3 mm X 56.5 mm X 15 mm) Weight100 g

11 E. Pace - Rivelatori per lo spazio11 Batterie

12 E. Pace - Rivelatori per lo spazio12 Cablaggio Anche il cablaggio del sistema PS deve soddisfare una serie di condizioni e di specifiche Nessuna parte del cablaggio deve essere usata come supporto meccanico. La trasmissione di potenza deve avvenire mediante cavi twisted con il proprio ritorno per minimizzare larea dei loop di corrente e linduttanza parassita dei cablaggi. Nel caso che il ritorno avvenga attraverso la struttura, i cavi di tensione devono passare in prossimità dei piani di massa. La distribuzione di potenza deve essere protetta in modo che sovra- correnti nei cavi non posano provocare interruzioni su altri cavi. Linduttanza dei cavi per un bus regolato, dal nodo di distribuzione al carico deve essere tale che la frequenza di taglio sia almeno 5 kHz: L < R/ 2 fL induttanza dei cavi in H R resistenza dei cavi in Ω f frequenza di taglio in Hz

13 E. Pace - Rivelatori per lo spazio13 DB: form & contents Which information do we want to store? – – Which parameters do we need to get for reconstruction? I/F with end-to-end simulation and reconstruction Accessing different types of info with single tool (external DB) Probably Several DB (info inter-relation, common interface) Which type of DB ? Which SW and access tools? Organisation/inter-relations are crucial point! And highy dependent on contents specification Questions for the time being...

14 E. Pace - Rivelatori per lo spazio14 Detector calibration DB Data contents Detector: basic scheme and main parameters Which calibration information will we have? – –Collected information – –Information to be used on reconstruction – –Information used to generate configuration parameter for uploading Requires some basic assumptions...

15 E. Pace - Rivelatori per lo spazio15 Calibration Gains (G) and pedestals (p) Single p.e. peak One complete FS threshold scan every 2 months Illumination of the FS daily? Pre-flight absolute calibration On-board: relative calibration (stability) – – Stable illumination of full FS (~1s, daily basis ) – – Threshold scan => p.e. signal discriminator level – – Separate monitoring of the 3 different wavelengths

16 E. Pace - Rivelatori per lo spazio16 Calibration design in the Red Book Flux on FS = 5 x 10 9 ph/s = 950 ph on FS = 0.2 ph / MAPMT ~10 -2 ph / px

17 E. Pace - Rivelatori per lo spazio17 Multiple-LED source Electronics box 50 mm 30 mm

18 E. Pace - Rivelatori per lo spazio18 Lab for testing 8 mm 0.5 mm

19 E. Pace - Rivelatori per lo spazio19 SOURCE: OGSE UV facility X-ray facility IR facility Large beamline facility DAFNE-L: synchrotron beam facility for optical calibration from MIR to X- rays. Optical systems up to 4 m.

20 E. Pace - Rivelatori per lo spazio20 Test di vibrazione Table 2. Random Vibration Frequency (Hz)ADS (g 2 /Hz) dB/Oct dB/Oct Overall14.1 g RMS Duration1 min Table 1. Sine Sweep (Normal mode search) Frequency range (Hz) 20 – 2000 Scan velocity (Oct./min)2 Amplitude (g)0.5 Table 3. Sine Burst Tests level (g) 12.5 Frequency (Hz)80 Duration (sec)1

21 E. Pace - Rivelatori per lo spazio21 Test di vibrazione Sine sweep z (vertical) direction Sine sweep x direction Random vibration x direction Random vibration z (vertical) direction

22 E. Pace - Rivelatori per lo spazio22 Laboratori di supporto XUVLab -DASS INOA INFN

23 E. Pace - Rivelatori per lo spazio23 Esempio: HERSCHEL Missione solare HElium Resonant Scattering from HELiosphere Immagini del sole nellEUV Coronografo nel VIS/EUV Volo previsto per il 2007 da White Sands Obiettivo principale della missione: Osservare il Sole alla riga di emissione dellHe ionizzato (30.4 nm), in particolare nella corona fino a 2 raggi solari Sommario Primi passi… Sonde per superare latmosfera Palloni stratosferici Strumenti su aereoplano SOFIAKAO Razzi sonda HERSCHEL

24 E. Pace - Rivelatori per lo spazio24 Predicted Intensity in the UVC HI, Visible-light Channels The HI nm curves are actual data from UVCS/SOHO. Visible light intensity is derived from averaged electron density and temperatures. Also shown is the HI geocoronal emission.

25 E. Pace - Rivelatori per lo spazio25 HERSCHEL Requirements Maximum quantum efficiency Large sensitive area Very low noise Fast pixel rate (> 1 MHz) High dynamic range (16 bits A/D conversion)

26 E. Pace - Rivelatori per lo spazio26

27 E. Pace - Rivelatori per lo spazio27 Esempio: HERSCHEL

28 E. Pace - Rivelatori per lo spazio28 Esempio: HERSCHEL

29 E. Pace - Rivelatori per lo spazio29 Esempio HERSCHEL VISIBLE UV

30 E. Pace - Rivelatori per lo spazio30 Camera overview CDS ADC CDS ADC CCD Peltier Preamplifier CCD Peltier Preamplifier Sequencer Clock Driver Sequencer Clock Driver Space Wire Peltier Power Supplies Power Supplies Bias generator Power Supplies Bias generator LCVR controller Rocket Battery Start & control signals Trigger & Control signals Read-out clocks Video signal image Biases Voltages Temperature slope control Polarimeter LCVR Control signals Temperature control On-board PC 16 bits Encoded data CCD camera case 16 bits Peltier Voltage

31 E. Pace - Rivelatori per lo spazio31 Camera overview

32 E. Pace - Rivelatori per lo spazio32 PCBs development CDS & ADC

33 E. Pace - Rivelatori per lo spazio33 PCBs development CCD & Preamp

34 E. Pace - Rivelatori per lo spazio34 Camera sensor CCD Frame size 1024 x 1024 Pixel size13 micron Frame transfer Front or back illuminated Inverted or non-inverted mode Read-out noise 2 e -

35 E. Pace - Rivelatori per lo spazio35 = 330 ÷ 400 nm = 330 ÷ 400 nm EUSO

36 E. Pace - Rivelatori per lo spazio36 Il piano focale (r, ) MAPMT Microcella Macrocella PDM Il piano focale (x,y)

37 E. Pace - Rivelatori per lo spazio37 R8900-M36 R7400-M256 Phase-A Results +Optical Adaptor

38 E. Pace - Rivelatori per lo spazio38 Optical adapters: coatings Weight of single lensTotal Weight 3.74 g20.7 kg (nm) Geometric Efficiency (%) Radiometric Efficiency (%) Window MAPMT mirror BG3 PMMA 27.0 mm 24.0 mm


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