Das Upgrade der ersten H.E.S.S.-Kamera€¦ · Stefan Klepser | H.E.S.S. CT1 Upgrade | September...

Technisches SeminarZeuthenSeptember 2015

Stefan Klepser

Von Affenzäunen und ersten Gammastrahlen

Das Upgrade der erstenH.E.S.S.-Kamera

Stefan Klepser | H.E.S.S. CT1 Upgrade | September 2015 | Page

Wer wir sind (hier am DESY)

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Unser Problem

> 30% Totzeit im Hybrid-Betrieb (Koinzidenz mit großem Teleskop)

> Viel Ausfallzeit durch alternde Elektronik im Wüstensand

> Jährlicher Datenverlust dadurch entspricht 350.000 €

3

No, thanks.

Another kHz anyone?

Not againnNope.

Not today,


Unser Auftrag

> Modernisierung der vier H.E.S.S. I Kameras

> Ursprünglich nur Elektronik

> aber Elektronik will sauber und gelüftet sein

> und braucht zuverlässige Peripheriegeräte

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Wer wir sind (hier am DESY)

5

Mech

Mech

Mec

h

Phys

LeadELEC

ELECELEC

ELEC

ELEC

AllInOne


Wie wir arbeiten

> Sehr regelmäßigen Treffen der ganzen Gruppe*

> Jeder definiert seinen eigenen Zeit- und Arbeitsplan, aber transparent für alle

> Gesamtplanung wird im Team diskutiert

> Engpässe oder Probleme werden im Team aufgefangen

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* bzw. mit Teilnehmern aller Baustellen


Warum wir H.E.S.S. in Zeuthen upgraden

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H.E.S.S.Upgrade

Kamera-KnowhowNECTAR-chipEthernet-ReadoutPulsgenerator?

H.E.S.S.-CommunityH.E.S.S.-Physik: Südhimmel (Milchstraße) Vela-Pulsar DESY-News 2014, 2015 Science-Papier LMC

Multi-PMT-DOM = HESS-Einschub in rund

Interlock-Technologie ARM-ChipCyclone-4

andere Bauteile

HESS-Ausleseboardin Evaluation

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IceCubeGen2Gen2

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Was kostet das Upgrade?

> 850k

▪ 50% davon Produktion Front-End-Boards

> 3-4 FTEs

▪ Über 2-3 Jahre

▪ Jetzt ist der das Hochplateau

> Kosten-Boostfaktor seit März 2013 (Projektplan): = 1.12

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Im Detail

9


Im Detail

9


Im Detail

9

Lichtvom Gammastrahl

Filmchenvom Gammastrahl


Boards, Boards, Boards

> 7 verschiedene

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Front-End(Digitalisierung)

Pulsgeneratoren

Interfacing(Strom &Ethernet)

Trigger & Timing(aka "Pizzablech")


Dr. Leich's Meisterstück

> 8 Lagen, über 1000 Bauteile

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Mechanik/Pneumatik-Peripherie

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> Neues Lüftungssystem im Deckel (gefiltert und mit leichtem Überdruck)

> Pneumatik-Steuerung


Was stand da unten in der Halle?

> Ein H.E.S.S.-Kamera Nachbau als Teststand

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Vorne. Diese Seite schaut in den Teleskop-Spiegel

Hinten. Dieser Deckel enthält eine neue Lüftungsanlage

DDDeec

Innen. Ein Rack mit Einschüben.benen.

Trigger- und Datenkabeleerr- PneumatikPP

(Teleskop-Spiegel)

(Tel(Tel(TelTelelelelesko

eskoeskoeseee

p-p-Spp-Spp-Spp-Spiege

iegeiegel)l)l)


Ende März: "Assembly Readiness"

> Front end

> Drawer interface box

> Ventilation/Backdoor

> Power supply

> Network

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Designfinished?

Prototypingcycles

Prototypingfinished?

ProductionCT1

AssemblyReadiness?

3 Sept-Mar

2 Nov-Dec

2 <Nov

1 Dec-Jan

1 (Bought)


28. April: Finale Inspektion der H.E.S.S.-Kollaboration

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Risikomanagement - Stand April 2014

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Risiko

Auswirkung

Ventilation/Temperatur

zu hoch

Softwarenicht ganz

fertig

Trigger-Inkompatibili-

täten

Sn

Zoll- oder Lieferverzöge-

rungen

ertibilbilbiliiitib

n Pneumatik-Inkompatibili-

täten

Hier ist nichtss(das ist gut)


11. Mai: Grünes Licht für interne Abrissbirne

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22. Mai: Abtransport

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20

Risiko

Auswirkung

Ventilation/VTemperaturT

zu hochh h

Softwarenicht ganz

fertigf ti

Trigger-Inkompatnk t

tätentät

Sn

Zoll- oder Lieferverzöge-

rungen

ertibilitib

nbili-

umatik-nePnePnePnmpatibili-nkomInkInktätenttätt



Lessons Learnt von der Zollabwicklung

> Wir waren 2-3 Wochen im Zoll

> Aufwand hängt stark vom Zollbeamten ab

> Alles in einer Kiste will eventuell gelistet sein

▪ Werkzeugkisten können sehr aufwändig sein

▪ Kleinkramsammlungen auch

> Zusammengebaute Einzelteile sind ein Gerät

> Akkus (vom Akkuschrauber) immer getrennt verpacken, und mit Herstellerzertifikat versehen

> Waren, die zurückgeschickt werden, immer getrennt verpacken

> Aber: Handgepäck ist vollkommen unkompliziert!

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3. Juli: Kisten angekommen

> zwei Tage vor uns. Perfektes Timing.

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5. Juli: DESYaner angekommen

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24

Risiko

Auswirkung


zu hochh h

Softwarenicht ganz

fertigf ti


tätentät

Sn

ZZZZooollllllll- oooddddeeerLLLLiiiiieeeefffffffeeeerrrrrrrrvvvveeeerrrrrzzzzöööögggeee-

rrrruuunnngggeeeen

ertibilitib

nbili-

umatik-nePnempatibili-nkomInktätenttätt




24

Risiko

Auswirkung


zu hochh h

Softwarenicht ganz

fertigf ti


tätentät

ertibilitib

nbili-

umatik-nePnempatibili-komInktätenttätt



Der Masterplan (a priori)

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MECHELEC

DAQ"Commissioning"


Die Namibia-Crew

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CT1 Deployment CampaignJuly/August 2015


Winter in Namibia

> Frisches T-Shirt-Wetter bei Tag

> Heizdecken bei Nacht

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Mechanik-Installation

> Kamera war leer und sauber - optimal vorbereitet

> 2 vorherige Reisen zur Erörterung der Lage waren sehr wichtig

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Pascal Vincent Pascal Corona Tobias GräberFrikkievan Greunen

Hartmut Lüdecke Markus Schade

Albert Jahnke



> Frische Luft und Gewichtheben

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Was nicht passt

> 1 Zentimeter macht einen Unterschied

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14. Juli: Erster Take-off

> 3 Tage früher als geplant

> Gewichtsbalance perfekt

> Frühere Rückreise

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33

Risiko

Auswirkung

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zzzu hhhhooooccch

Softwarenicht ganz

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33

Risiko

Auswirkung

Softwarenicht ganz

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Trigger-Inkompatibili-nk tib

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Klassenfahrt

34


Klassenfahrt

34


Alltag on site - Isabis Farm

35KlKlKlKllKlKKKlKKlKlKlKlepsepsepsepseppspsssepep erer ererererer eeeer e HHHHHHH| HH| HH| H| H| HH| HH| ||| .E.EEEEEEEEEEE.E.E..E.EE..E.EE.EEE.EEE S.SS.SS SSSS.SS.SS.SS.SS.SSSSSS.SSS.SS.SSS.SSSSSSS . CC. C. CC. CC. . C. CCCCTTTTTT1T1T1T1TT1T1T1T1T1T1T1T1TT111TTTTT1111 UUUUUUUUpgUpgpgUpgUpgpgUUUpgUUpgUUpgUpgpgpUpgpgradradraddradrarraraa ee eee ||||||||||| SepSepSepSepSepSepeppppSeepepSSepSepSepSeppeSepppSepSepppSeSeSeSeSeSeSeptttemttemememememmmmtemtemememmtemememmtemememtemtteemtetemeteteetteet mmtt beberberberbbbbbeberberberberrrrberberbeeeerrerberbbeebeberr 22022202020202222020202022020200001111151515515 5 511115 15115 5515 ||||| PagPaPaPaPagPagPaPaagggagP gPaPPaaaPPaPaPaggeeeeeeeeee 353535355353553535353355353535353553533535353353


Alltag on site - Rhythmus, Teleskop und Residenz

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Elektronik-Installation


Holger Leich

Marko KossatzGianluca

Giavitto Carola Rüger Volker Buchholz

Markus Schade


Elektronik-Tests mit Todesfolge

> Einschub-Lazarett

> 5 Tote Einschübe (FPGA kaputt)

> 3 Tage Verschwörungstheorien pur

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Der Affenzaun

> kV-Pulse "in der Luft"

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Der Affenzaun

> kV-Pulse "in der Luft"

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Einschub-Montage und Elektronik-Installation

> Entscheidung: Keine erneuten Tests, alles direkt einbauen

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20. Juli: Alle Einschübe eingebaut

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Tests in der Kamera

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Kleinere Probleme dazwischen

> Falsches Glasfaserkabel war installiert (Durchmesser)

> Falscher Widerstand (1kΩ statt 0Ω, kompensiert durch )

> Falscher Anschluss (24V statt Erde)

> alle behoben

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Tests in der Kamera

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45

Risiko

Auswirkung

Softwarenicht ganz

fertigf ti

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tttäääääättttttteeeen




45

Risiko

Auswirkung

Softwarenicht ganz

fertigf ti



23. Juli: Alle Einschübe funktionieren!

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24. Juli: Abreise der Hardware-Crew

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DAQ-Integration und Inbetriebnahme

4848888888


GianlucaGiavitto

Matthias FüßlingMarekPenno

Thomas Murach

Vincent Marandon

Arnim Balzer


DAQ-Integration

> 7 Main Controllers, 7 Sub-Controllers

> ZMQ (log) and Thrift (data) integrated in DAQ, set up DB, tested data streams

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Tastenarbeit

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15. August: Erste Gamma-Schauer!

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52

Risiko

Auswirkung

SSSSoooofffffffffffttttttwwwwaaarrrrrrennniiiiiccchhht gggaaaannnz

ffffffeeerrrrrrrttttttttiiiig




52

Risiko

Auswirkung



Der Masterplan (a priori)

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MECHELEC

DAQ"Commissioning"


Der Masterplan (a posteriori)

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MECHELEC

DAQ"Commissioning"

First Light


Zeit auszuruhen?

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Todo Liste

> Manche Drawer schicken manchmal keine Daten

▪ Firmware-Problem

> Trigger schickt manchmal komische Flut an Triggersignalen (300 kHz statt 100 Hz)

▪ vmtl. Software-Konfigurationsproblem

> Triggerboard reagiert temperaturabhängig

▪ braucht kleinen Hardware-Fix (Oktober)

> Anderer Kleinkram

▪ Events werden zwischen Kameras gemischt (oder gehen verloren)

▪ Kalibration gibts noch gar nicht

▪ Simulation ist auch noch in Arbeit (I. Lypova, hier im Haus)

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Außenkommunikation

> Wir sind angewiesen auf externe Kollaborateure

> Motivation für Hardware-Themen funktioniert nicht über Berichte

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Zeitplan

> Erste Kamera Juli 2015 ✓> Kameras 2-4 Mitte 2016

> Verzögerungsfaktor seit März 2013 (Projektplan): = 1.3

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2015

2016


Zeitplan

> Erste Kamera Juli 2015 ✓> Kameras 2-4 Mitte 2016

> Verzögerungsfaktor seit März 2013 (Projektplan): = 1.3

58

2015

2016

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Zusammenfassung

> Die erste Kamera des H.E.S.S.-Upgrades ist installiert und funktioniert

> Technologische Verzahnung mit anderen Projekten ist hoch

> Ressourcen- und Zeitrahmen ist unter Kontrolle

> Fertigstellung 2016 ist sehr wahrscheinlich

> Es wird demnächst etwas eng in der Halle :)

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Ende.

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Technische Kennzahlen

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What How much/many

Pixels 960

Power (Drawer) 29 W

Power (Camera) 5-6 kW

Dynamic range 2000

Bandwidth 300 MHz

Sampling rate 1 GHz

Readout window 16 ns *

High Voltage 1.0 - 1.6 kV

Dark rate (PMT) 100 - 500 MHz *

Data rate (Camera) 1 kHz *

Data rate (array) 1.7 kHz *

Event size 12 kB (uncompressed)

Data bandwidth 1 GBit/s

Weight 910 kg

Field of view 5°* pre-upgrade

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