Visualisering av signaler från delay line detektor

Abstract (Swedish)

MAX IV laboratoriet ger forskare möjlighet att analysera och studera material på atomnivå genom att använda högenergetiska ljusstrålar. Synkrotronljusanläggningen MAX IV genererar intensiva strålar av elektromagnetisk strålning, inklusive röntgenstrålning.
Delayline detector DLD 8080 (DLD) är ett instrument som används för att detektera intensiteten och positionen av till exempel röntgenstrålning. Detta instrument består av en mikrokanalsplatta (MCP) och en delayanod. MCP består av tätt packade (ca 10 mikrometer mellan) fotomultiplikatorer. En inkommande foton skapar ett moln av elektroner på baksidan av plattan (MCP-B). Strax bakom mikrokanalsplattan finns delay-line anoden. Det är en koppartråd som går upp och ned baksidan av mikrokanalsplattan. Elektronmolnet kommer skapa en puls i koppartråden, och denna elektronpuls färdas i båda riktningarna på tråden. Pulsens mäts på trådens båda ändar. Genom att mäta ankomsttiden för foton på varje position på detektorns yta, kan en detektorbild skapas. Denna detektorbild visar intensiteten av fotoner.
Syftet med examensarbetet är att bättre förstå, samt att försöka minimera problemet med artefakter som finns i detektorbilden. Veritas som är en av de experimentstationer på MAX IV som har problem med detektorbilden, artefakter. Examensarbetet är en del i arbetet med Veritas för att komma till rätta med artefakter och återskapa en tvådimensionell detektorbild. Det är intressant för dem att återskapa en bild utan artefakter eftersom artefakter kan bidra till misstolkning av mätningarna.
Metoden i arbetet var att rekonstruera en 2D-bild från rådata (x1, x2, y1, y2) som mättes med hjälp av ett oscilloskop. Den återskapade detektorbilden var utan artefakter. Detta kunde utföras med hjälp av det digitala oscilloskopet RTO 1004 som omvandlar en analog insignal till en digital representation, dessutom användes ett ytterligare oscilloskop för att trigga det första oscilloskopet som i sin tur läser in de fyra insignalerna. Signalen från MCP-B användes som en extern triggerkälla. Efter att ha läst signaler från oscilloskopet genom att ge lämplig frekvens, amplitud, triggernivå och tidsskala exporterades data som en fil från oscilloskopet till Pycharm. Med Python kunde sedan detektorbilden återskapas.
Resultatet av examensarbetet var att skapa en detektorbild utan artefakter och det kunde utföras. Att använda signalen från MCP-B som en extern trigger med hjälp av det andra oscilloskopet var en framgångsrik idé för att undvika förluster i bilden. Dessutom kunde både programmet som byggdes i Python och rätt inställningar i de två oscilloskopen skapa en fullständig detektorbild utan artefakter. Bilden skapades med och utan röntgenljus. Lösningens effektivitet testades med två olika metode. Båda metoderna ger nästan samma resultat. Att ändra trigger på oscilloskopet som läser MCP-B signalen gjorde det möjligt att förstå problemet med artefakterna.
Slutligen kan konstateras att artefakterna finns i detektorbilden med nuvarande utrustning. Nuvarande utrustningar har låg triggernivå som triggar nära bruset och som i sin tur leder till artefakter i bilden. Artefakterna kan tas bort genom att trigga till exempel på MCP-B signalen med så låg nivå som möjligt, utan att trigga nära bruset eller trigga så högt vilken kan orsaka att det tar längre tid för att mäta och färre fotoner per tidsenhet.

Popular Abstract

The MAX IV laboratory provides the opportunity to analyze and study materials at the atomic level by using high-energy light steels. The synchrotron radiation facility MAX IV generates intense beams of electromagnetic radiation, including X-rays.

Delayline detector DLD 8080 (DLD) is an instrument used to detect the intensity and the position of, for example, X-rays. This instrument consists of a microchannel plate (MCP) and a delayanode. MCP consists of tightly packed (about 10 micrometers between) photomultipliers. An incoming photon creates a cloud of electrons on the back of the plate (MCP-B). Just behind the microchannel plate is the delay-line anode. It is a copper wire that goes up and down behind MCP-B. The electron cloud will create a pulse in the copper wire, and this electron pulse travels in both directions on the wire. The pulse is measured on both ends of the wire. By measuring the arrival time of photos at each position on the detector's surface, a detector image can be created. This detector image shows the intensity of photons.

The purpose of the thesis is to better understand, and to try to minimize the problem of artifacts found in the detector image. Veritas, which is one of the experimental stations on MAX IV, has a problem with the detector image, artifacts. The thesis is a part of the work with Veritas to recover artifacts and recreate a two-dimensional detector image. It is interesting for them to recreate an image without artifacts because artifacts can contribute to misinterpretation of the measurements.

The method of the work was to reconstruct a 2D image from raw data (x1, x2, y1, y2) that was measured using an oscilloscope. The recreated detector image was without artifacts. This could be done using the digital oscilloscope RTO 1004 which converts an analog input signal into a digital representation, in addition, an additional oscilloscope was used to trigger the first oscilloscope which in turn reads the four input signals. The signal from MCP-B was used as an external trigger source. After reading signals from the oscilloscope by providing the appropriate frequency, amplitude, trigger level and timescale, the data was exported as a file from the oscilloscope to Pycharm. With Python, the detector image could then be recreated.

The result of the thesis was to create a detector image without artifacts and it could be performed. Using the signal from MCP-B as an external trigger using the second oscilloscope was a successful idea to avoid losses in the image. In addition, both the program built in Python and the correct settings in the two oscilloscopes were able to create a complete rounded detector image without artifacts. The image was created with and without X-ray light. The effectiveness of the solution was tested using two different methods. Both methods give almost the same result. Changing the trigger on the oscilloscope that reads the MCP-B signal made it possible to understand the problem with the artifacts.


Finally, it was found that the artifacts are in the detector image with current equipment. Current equipment has a low trigger level that triggers close to the noise and which in turn leads to artifacts in the image. The artifacts can be removed by triggering, for example, the MCP-B signal with as low level as possible, without triggering close to the noise or triggering so high, which can cause it to take longer to measure and fewer photons per time unit.

• author: Abo Taha, Abd Al Salam and Ali, Israa
• supervisor: Lars Wallman
• organization: Department of Electrical and Information Technology
• alternative title: Visualization of delayline detector signals
• course: EITL05 20231
• year: 2023
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Delay line detector, Python, Oscilloscope, Microchannel Plate, Artifacts, Trigger, Detector image, Anode, Synchrotron light, X-ray.
• report number: LU/LTH-EIT 2023-927
• language: Swedish
• id: 9125270
• date added to LUP: 2023-06-20 11:47:59
• date last changed: 2023-06-21 16:28:29