The 호주 싱크로트론 전자를 빛의 속도까지 가속하여 빔라인이라고 알려진 강력한 빛줄기를 생성합니다. 이 전자가 회전하면 고에너지 X선이 방출되고, 이를 사용하여 의학 및 식품 연구부터 첨단 소재 및 나노기술 실험에 이르기까지 광범위한 실험을 수행하는 데 사용할 수 있습니다.
이렇게 다양한 연구 분야가 있는 호주 싱크로트론은 상당수의 테스트 기기를 제어하고 통신해야 합니다. 실험 물리학 및 산업 제어 시스템 또는 에픽스는 대규모 분산 제어 시스템 애플리케이션을 위한 세계에서 가장 유명한 과학 시설 간의 협업을 통해 만들어진 공개 오픈 소스 프로젝트입니다. 호주 싱크로트론 시설 내의 모든 테스트 계측기는 효율적이고 정확한 장비 관리를 위해 기존 EPICS 인프라를 통해 제어 가능해야 합니다.
호주 싱크로트론의 수석 제어 엔지니어인 Brett Alda는 다음과 같은 기능에 대해 들었습니다. 모쿠 장비는 소프트웨어 개발을 위해 자원하여 시간을 할애했습니다. EPICS 드라이버 쉽게 구할 수 있는 Liquid Instruments의 FPGA 기반 Moku 장치를 제어하려면 파이썬 API, 전 세계 연구자들이 재구성 가능한 Moku 기기 세트를 EPICS 인프라에 통합하는 데 도움이 되는 접근 방식입니다. Synchrotron Science 팀과 경영진의 지원을 받아 Moku 기기는 그림 1의 테스트 스테이션에서 볼 수 있습니다.
그림 1: 호주 싱크로트론의 ADS1 샘플 고니오미터에 설치된 Moku 장치. 샘플의 변형률, 온도 또는 전하와 같은 측정을 수행합니다. X선 검출기는 샘플과 상호 작용하는 X선에 의해 생성된 회절 패턴을 포착합니다.
Moku:Pro 재구성 가능한 계측기 제품군을 제공하는 FPGA 기반 장치입니다. 오실로스코프 및 스펙트럼 분석기 고급 광학 계측기와 같은 락인 증폭기 및 레이저 락 박스.
난제
호주 싱크로트론은 단일 시설에서 다양한 분야의 많은 연구자들의 요구를 충족합니다. 광범위한 장비를 수용하고 있으며, 연구자들은 EPICS 인터페이스에서 모든 것에 액세스하고 제어할 수 있어야 합니다. EPICS는 물리학 커뮤니티에서 잘 알려져 있지만, 시중에 나와 있는 많은 테스트 장비에는 기존 EPICS 드라이버가 없어 싱크로트론에서 수행하는 프로젝트에 위험이 됩니다. 이러한 제한으로 인해 Brett과 그의 팀은 종종 기존 EPICS 지원이 있는 장비를 선호해야 합니다. 새로운 장비가 다양한 사용자의 고유한 테스트 및 측정 요구 사항을 더 잘 충족할 수 있더라도, 새로운 장비에 대한 드라이버를 작성하는 것은 시간이 많이 걸리고 어려울 수 있기 때문입니다. 연구자들이 사용할 수 있는 빔라인이 14개이고 작업 중인 빔라인이 XNUMX개 더 있으므로, EPICS 인터페이스에서 쉽게 제어하고 모니터링할 수 있는 새로운 장비가 필요했으며, 싱크로트론 사용자의 끊임없이 진화하는 최첨단 요구 사항을 지원하는 데 필요한 유연성도 제공해야 했습니다.
Brett은 "우리는 가장 광범위한 요구 사항에 맞게 더욱 적응 가능한 것이 필요합니다."라고 말했습니다.
사용자의 독특하고 다양한 요구 사항 외에도 호주 싱크로트론은 방사선 환경에서 매우 강력한 빔으로 작동합니다. 연구자는 종종 장비를 방사능 영역 밖에 두고 지연을 유발하고 성능을 저하시키는 긴 케이블을 사용하거나 장비를 방사선으로부터 차폐하고 실험에 가깝게 두는 것 사이에서 균형을 맞춰야 합니다.
해법
단 몇 번의 작업 세션 만에 Brett은 Moku Python API를 활용하여 Moku:Pro를 기존 제어 인프라에 통합했으며, 그림 2에 검증 신호가 표시되었습니다. Python/EPICS 통신을 구현하기 위해 Brett은 pyDevSup을 사용했습니다.
그는 "기본 프레임워크를 구현하는 데 많은 시간이 걸리지 않았습니다."라고 말했습니다. "매개변수를 변경하고 데이터를 캡처하도록 설정하는 측면에서는 매우 간단했습니다."
다재다능함과 재구성성이 필수적인 환경에서 Moku는 과학의 선두에 있는 연구자들의 예측 불가능하고 다양한 요구를 충족하는 데 도움이 됩니다. 유연한 FPGA 기반 아키텍처 덕분에 Moku는 높은 로깅 속도로 분광학 실험을 수행하는 연구자, 낮은 해상도에서 회절 실험을 수행하는 연구자 등 많은 연구자의 요구를 충족합니다.
모든 계측기의 모든 매개변수를 제어하기 위해 드라이버에서 더 많은 작업이 필요하지만, 프레임워크를 통해 해당 장치가 EPICS와 통합될 수 있다는 점과 API를 통해 쉽게 개발할 수 있다는 점을 고려하면, 팀에서는 Moku 범위의 장치를 시스템의 나머지 부분과 통합되지 않을 위험 없이 사용할 수 있습니다.
결과
사용의 용이성 모쿠 API 시설 내에서 사용되는 기존 EPICS 프레임워크에 Moku를 원활하게 통합할 수 있습니다. 이를 통해 연구자는 광범위한 실험에서 아날로그 측정값을 캡처할 수 있습니다. 연구자가 스트레인 게이지, 온도 센서, 광 검출기 또는 기타 센서에서 아날로그 측정값을 캡처하든, Moku와 EPICS를 통합하면 수많은 실험에 도움이 되는 빠르고 동기화된 데이터 기록이 가능해졌습니다.
Brett는 효율적이고 유연한 계측 제어 외에도 다음을 통합할 계획입니다. Moku:Go 민감하고 방사능이 강한 환경에서도 비용 효율적인 소형 테스트 시스템으로, 위험한 환경에서도 데이터를 쉽게 수집할 수 있습니다.
"꽤 작지만 꽤 강력한 유닛을 갖는 것은 우리에게 좋은 일입니다." Brett이 말했다. "돈을 잘 쓰는 가치입니다."
광범위한 쌍을 이루어서 EPICS 데이터베이스 Moku API의 유연성을 통해 Australian Synchrotron의 팀은 Moku 장치를 시설에 빠르게 통합하는 방법을 보여주었습니다. Brett은 드라이버를 계속 개발하고 EPICS 커뮤니티와 노력을 공유하고 다른 사람들이 EPICS를 사용하여 Moku 장치를 제어하도록 돕기 위해 프로젝트에 다시 기여할 계획입니다. 앞으로 Brett은 Moku 사용 사례를 확장하여 Moku 사용과 같은 틈새 애플리케이션을 탐색할 계획입니다. 시간 및 진동수 분석기 빔라인 성능을 평가합니다.
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