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

Integrazione dei rivelatoriIntegrazione dei rivelatori

Dr. Emanuele Pace

Giugno 2006

Corso di Rivelatori per lo SpazioCorso di Rivelatori per lo Spazio

E. Pace - Rivelatori per lo spazio 2


Obiettivi e specificheObiettivi e specifiche

Obiettivo della MissioneRichieste dello user

Limiti politiciLimiti economici

Richieste per la missionePrestazioni Affidabilità Copertura Costi

Durata

Ground segmentStazioni di terraData processing

Specifiche per la sondaOrbita PotenzaConfigurazione Massa

Operazioni

LanciatoreVolumeMassa

Environment

Specifiche per i sottosistemiTermico Potenza Comunicazioni

Struttura Elettronica Controllo d’assetto


SottosistemiSottosistemi

Space segment

BusPayload

Propulsione (1) (4)

Termico (1) (6)Controllo d’assetto 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 I numeri tra parentesi sono riferiti ai requisiti di funzionamento riportati nella diapositiva successivafunzionamento riportati nella diapositiva successiva


Sviluppo di un satelliteSviluppo 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

En

ginee

ring M

od

elE

ngin

eering

Mo

del

Pro

to-F

ligh

t Mod

el

Pro

to-F

ligh

t Mod

el


Sottosistemi: telemetriaSottosistemi: telemetria

Esempi di telemetria:Esempi di telemetria:


Sottosistemi: alimentazioneSottosistemi: alimentazione

Fornita da batterie:Fornita da batterie:

Nickel-cadmioNickel-cadmio

Zinco-ArgentoZinco-Argento

Erogano una tensione continua di 28 V Erogano una tensione continua di 28 V ± 2V± 2V

L’alimentazione deve anche provvedere aL’alimentazione deve anche provvedere a

RiscaldatoriRiscaldatori

MotorizzazioniMotorizzazioni

Funzioni pirotecnicheFunzioni pirotecniche


Standard da applicare al bus PSStandard 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 l’1 %, 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 Limita il peso dei cavidei cavi


Power SupplyPower Supply

Low VoltageLow VoltageHigh VoltageHigh Voltage BatteriesBatteries

LIDAR & LIDAR &

IR cameraIR camera

CCUCCU

TCUTCU

Thermal controlThermal control

Lid mechanismLid mechanism

PS controlPS control

TelemetryTelemetry

EmergencyEmergency

ActuatorsActuators

Focal SurfaceFocal Surface

CalibrationCalibration

DetectorsDetectors

MARS - ASICMARS - ASIC

ElectronicsElectronics

SourcesSources

DetectorsDetectors

Trigger & DHTrigger & DH

Esempio: EUSO Esempio: EUSO


CAEN S9030 PS ModuleCAEN S9030 PS Module

Input Voltage +15 V ÷ +20 V

Output VoltagesHVOUT: -900 V HV AUXOUT: +3.5 V ÷ +13 V (referred to HVOUT)

Output Current 8 mA maximum

Output Power 7 W maximum

Output Ripple (Differential Mode)

200 mVpp (100 Hz to 15 MHz)

Input Ripple200 mVpp (input filtered by a 22 µH series inductor); measured according to MIL-STD-461 specifications

Switching Frequency

140 KHz ÷ 160 KHz

Sync Frequency 170 KHz ÷ 220 KHz

Line Regulation 500 mV maximum

Load Regulation 10 V maximum

HV OUT Temperature Drift

100 ppm/°C

Radiation tolerance 30 Krad

Operating Temperature

-20 ÷ +60 °C nominal

Packaging Polyamide PCB (135.3 mm X 56.5 mm X 15 mm)

Weight 100 g


BatterieBatterie


CablaggioCablaggio

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 l’area dei loop di corrente e l’induttanza 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.

L’induttanza 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/ 2f L induttanza dei cavi in HR resistenza dei cavi in Ωf frequenza di taglio in Hz


DB: form & contentsDB: 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...


Detector calibration DBDetector 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...


CalibrationCalibration

detef l T TT k

det

Gains (G) and pedestals (p)Single p.e. peak

One complete FS threshold scan every 2 months

Illumination of the FS daily?

peThr

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 OM?

Qr

S 2efl

4

ATTTTk

@ 3 different wavelengths


Calibration design in the Red BookCalibration design in the Red Book

Flux on FS = 5 x 109 ph/s= 950 ph on FS = 0.2 ph / MAPMT~10-2 ph / px


Multiple-LED sourceMultiple-LED source

Electronics box

50 mm50 mm

30 m

m30

mm


Lab for testingLab for testing

8 mm

0.5 mm

E. Pace - Rivelatori per lo spazio 19SO

UR

CE

: OG

SE

SO

UR

CE

: OG

SE

UV facility

X-ray facility

IR f

acili

ty

Large beamline facility

DAFNE-L: synchrotron beam facility for optical calibration from MIR to X-rays. Optical systems up to 4 m.


Test di vibrazioneTest di vibrazione

Table 2. Random Vibration

Frequency (Hz) ADS (g2/Hz)

20 0.026

20-50 + 6 dB/Oct

50-800 0.16

800-2000 - 6 dB/Oct

2000 0.026

Overall 14.1 g RMS

Duration 1 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


Test di vibrazioneTest di vibrazione

Sine sweep z (vertical) directionSine sweep x direction

Random vibration x directionRandom vibration z (vertical) direction


Laboratori di supportoLaboratori di supporto

XUVLab -DASS INOA INFN


Esempio: HERSCHELEsempio: HERSCHEL

Missione solare HElium Resonant Scattering from HELiosphere

Immagini del sole nell’EUV

Coronografo nel VIS/EUV

Volo previsto per il 2007 da White Sands

Obiettivo principale della missione:Obiettivo principale della missione:

Osservare il Sole alla riga di emissione dell’He Osservare il Sole alla riga di emissione dell’He ionizzato (30.4 nm), in particolare nella corona fino a 2 ionizzato (30.4 nm), in particolare nella corona fino a 2 raggi solariraggi solari

SommarioSommario

Primi passi…Primi passi…

Sonde per superare Sonde per superare l’atmosferal’atmosfera

Palloni stratosfericiPalloni stratosferici

Strumenti su Strumenti su aereoplanoaereoplano

SOFIASOFIA

KAOKAO

Razzi sondaRazzi sonda

HERSCHELHERSCHEL


Predicted Intensity in the UVCPredicted Intensity in the UVC HI, Visible-light Channels HI, Visible-light Channels

The HI 121.6 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.


HERSCHEL RequirementsHERSCHEL Requirements

Maximum quantum efficiency

Large sensitive area

Very low noise

Fast pixel rate (> 1 MHz)

High dynamic range (16 bits A/D conversion)


Esempio HERSCHELEsempio HERSCHEL

VISIBLEVISIBLE

UVUV


Camera overviewCamera overview

CDSADC

CDSADC

CCDPeltier

Preamplifier

CCDPeltier

Preamplifier

SequencerClock Driver

SequencerClock Driver

Space WireSpace Wire

Peltier Power SuppliesPeltier Power Supplies

Power SuppliesBias generator

Power SuppliesBias generator

LCVR controllerLCVR controller

Rocket Battery

Start & control signals

Trigger & Control signals

Read-out clocks

Video signal

image

Biases

Voltages

Voltages

Temperature slopecontrol

Polarimeter LCVRControl signals

Temperature control

On-board PC

16 bits

Encoded data

CCD camera case

16 bits

Peltier Voltage


Camera overviewCamera overview


PCBs developmentPCBs development

CDS & ADCCDS & ADC


PCBs developmentPCBs development

CCD & PreampCCD & Preamp


Camera sensorCamera sensor

CCD 47-20

Frame size 1024 x 1024

Pixel size 13 micron

Frame transfer

Front or back illuminated

Inverted or non-inverted mode

Read-out noise 2 e-


= 330 = 330 ÷ 400 nm÷ 400 nmEUSOEUSO


Il piano focale (r,Il piano focale (r,))

MAPMT

MicrocellaMacrocella

PDM

Il piano focale (x,y)Il piano focale (x,y)


R8900-M36R7400-M256

Phase-A ResultsPhase-A Results

+Optical Adaptor


Optical adapters: coatingsOptical adapters: coatings

210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 5400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 Trasmittance coating+BG3

Trasmittance coating

Trasmittance BG3

Weight of single lens Total Weight

3.74 g 20.7 kg

(nm)Geometric

Efficiency (%)Radiometric

Efficiency (%)

337 99.5 94.7

357 99.5 95.6

391 99.5 94.4

WindowMAPMT

mirror

BG3

PMMA

27.0 mm

24

.0 m

m

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