その オーストラリアのシンクロトロン 電子を光速まで加速することで、ビームラインと呼ばれる強力な光線を生成します。これらの電子が回転すると、高エネルギーのX線が放出され、医療や食品研究から先端材料やナノテクノロジー実験まで、幅広い実験の研究に利用できます。このように研究分野が多岐にわたるため、オーストラリアシンクロトロンは多数の試験装置を制御し、通信する必要があります。実験物理・産業制御システム、または エピックは、大規模分散制御システムアプリケーション向けに、世界で最も権威のある科学施設の多くとの協力によって作成された、公開されたオープンソースプロジェクトです。オーストラリアシンクロトロン施設内のすべての試験機器は、効率的かつ正確な機器管理を可能にするために、既存のEPICSインフラストラクチャを介して制御可能でなければなりません。オーストラリアシンクロトロンの上級制御エンジニアであるブレット・アルダ氏は、 の機能について耳にしていました。 モク デバイスの開発に自らの時間を割いてソフトウェアの開発に携わった EPICSドライバー Liquid InstrumentsのFPGAベースのMokuデバイスを、すぐに利用できる Python APIこのアプローチは、世界中の研究者が再構成可能な Moku 機器スイートを EPICS インフラストラクチャに統合するのに役立ちます。シンクロトロン サイエンス チームと管理者のサポートにより、Moku デバイスは図 1 のテスト ステーションに設置されています。
図 1: オーストラリアシンクロトロンの ADS1 サンプルゴニオメータに設置された Moku デバイス。サンプルの歪み、温度、電荷などの測定を行います。X 線検出器は、サンプルと相互作用する X 線によって生成される回折パターンをキャプチャします。Moku:Pro FPGAベースのデバイスであり、基本的なものから、 オシロスコープ (NAIST) と スペクトラムアナライザ 高度な光学機器など ロックインアンプ (NAIST) と レーザーロックボックス.
課題
オーストラリア・シンクロトロンは、さまざまな分野の多くの研究者のニーズを単一の施設で満たしています。シンクロトロンには幅広い機器が設置されており、研究者はEPICSインターフェースからすべての機器にアクセスして制御できる必要があります。EPICSは物理学コミュニティではよく知られていますが、市販されている多くの試験機器には既存のEPICSドライバがないため、シンクロトロンで実施されるプロジェクトにとってリスクとなります。この制約により、新しい機器のドライバを作成するのは時間と労力がかかるため、たとえ新しい機器が多様なユーザーの独自の試験および測定要件により適している場合でも、ブレット氏とそのチームは既存のEPICSサポートを備えた機器を優先せざるを得ないことがよくあります。研究者が利用できるビームラインが14本あり、さらに4本が建設中であるため、EPICSインターフェースから簡単に制御および監視できる新しい機器が必要でした。同時に、シンクロトロンのユーザーの絶えず進化する最先端のニーズをサポートするために必要な柔軟性も備えている必要がありました。「私たちは、最も幅広い要件に対応できる、より適応性の高いものが必要です」とブレット氏は述べています。オーストラリア・シンクロトロンは、利用者の多様かつ独自の要求に加え、放射線環境下で極めて強力なビームを扱っています。研究者は、放射線区域外に機器を設置して長いケーブルを使用すると遅延が発生し性能が低下するか、あるいは機器を放射線から遮蔽して実験装置の近くに設置するかというトレードオフのバランスを取らなければならないことがよくあります。
ソリューション
わずか数回の作業セッションで、Brett は Moku Python API を活用して、Moku:Pro を既存の制御インフラストラクチャに統合しました。図 2 に検証信号を示します。Python/EPICS 通信を実装するために、Brett は pyDevSup を使用しました。
図2: Moku:Proからのデータの検証 オシロスコープ を通して以下のようなさまざまな 翻訳 GUI「基本的なフレームワークを実装するのにそれほど時間はかかりませんでした」と彼は言いました。「パラメータを変更してデータを取得するように設定するという点では、非常に簡単でした。」汎用性と再構成性が不可欠な環境において、Mokuは科学の最先端にいる研究者の予測不可能で多様なニーズに応えるのに役立ちます。柔軟なFPGAベースのアーキテクチャにより、Mokuは高速ロギングで分光実験を行う研究者、低解像度で回折実験を行う研究者、その他多くの研究者のニーズを満たします。すべての機器のすべてのパラメータを制御するには、ドライバでさらに作業が必要ですが、このフレームワークはデバイスがEPICSと統合できることを示しており、APIによって開発が容易になるため、チームはMokuシリーズのデバイスをシステムの他の部分と統合できないというリスクなしに使用できます。
結果
使いやすさ もくAPI これにより、施設内で使用されている既存のEPICSフレームワークにMokuをシームレスに統合できます。これにより、研究者は幅広い実験でアナログ測定値を取得できるようになります。研究者がひずみゲージ、温度センサー、光検出器、その他のセンサーからアナログ測定値を取得する場合でも、MokuとEPICSの統合により、高速で同期されたデータ記録が可能になり、数多くの実験を支援しています。効率的で柔軟な機器制御に加えて、Brettは統合を計画しています。 Moku:Go 敏感な放射性環境への導入において、費用対効果の高いコンパクトな試験システムとして、危険な環境下で容易にデータを取得できます。「非常に小型でありながら非常に強力なユニットを持っていることは、私たちにとって非常にありがたいことです」とブレットは述べています。「価格に見合った価値があります。」 EPICS データベース Moku APIの柔軟性により、オーストラリアシンクロトロンのチームは、Mokuデバイスを施設に素早く統合する方法を示しました。ブレットは、ドライバーの開発を継続し、その成果をEPICSコミュニティと共有し、プロジェクトに貢献して、他の人がEPICSを使用してMokuデバイスを制御できるようにしたいと考えています。将来的には、Mokuの使用例を拡大して、Mokuを使用するなどのニッチなアプリケーションを探索する予定です。 タイム&周波数アナライザ ビームラインの性能を評価するため。
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