The 호주 싱크로트론 호주 싱크로트론은 전자를 빛의 속도까지 가속시켜 빔라인이라고 불리는 강력한 광선을 생성합니다. 이 전자들이 회전할 때 고에너지 X선을 방출하는데, 이 X선은 의학 및 식품 연구부터 첨단 소재 및 나노기술 실험에 이르기까지 광범위한 실험 연구에 사용될 수 있습니다. 이처럼 다양한 연구 분야를 수행하기 위해 호주 싱크로트론은 수많은 실험 장비를 제어하고 통신해야 합니다. 실험 물리학 및 산업 제어 시스템(EPIS)은 이러한 장비들을 효율적으로 관리하는 핵심 요소입니다. 에픽스EPICS는 대규모 분산 제어 시스템 애플리케이션을 위해 세계에서 가장 권위 있는 여러 과학 시설 간의 협력을 통해 만들어진 공개 오픈 소스 프로젝트입니다. 호주 싱크로트론 시설 내의 모든 시험 장비는 효율적이고 정밀한 장비 관리를 위해 기존 EPICS 인프라를 통해 제어될 수 있어야 합니다. 호주 싱크로트론의 선임 제어 엔지니어인 브렛 알다는 EPICS의 기능에 대해 듣고 이 프로젝트에 관심을 갖게 되었습니다. 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 스펙트럼 분석기 고급 광학 계측기와 같은 락인 증폭기 레이저 락 박스.
난제
호주 싱크로트론은 다양한 분야의 수많은 연구자들의 요구를 하나의 시설에서 충족시켜 줍니다. 이곳에는 다양한 장비가 갖춰져 있으며, 연구자들은 EPICS 인터페이스를 통해 모든 장비에 접근하고 제어할 수 있어야 합니다. EPICS는 물리학계에서 널리 알려져 있지만, 시중에 나와 있는 많은 테스트 장비는 EPICS 드라이버를 지원하지 않아 싱크로트론에서 진행되는 프로젝트에 위험 요소가 되고 있습니다. 이러한 제약 때문에 브렛과 그의 팀은 새로운 장비용 드라이버를 개발하는 데 시간과 노력이 많이 들고 어렵기 때문에, 다양한 사용자들의 고유한 테스트 및 측정 요구 사항을 더 잘 충족할 수 있는 새로운 장비라 할지라도 기존 EPICS 지원 장비를 선호할 수밖에 없습니다. 현재 14개의 빔라인이 운영 중이고 4개가 추가로 개발되고 있는 상황에서, 그들은 EPICS 인터페이스에서 쉽게 제어하고 모니터링할 수 있으면서도 싱크로트론 사용자들의 끊임없이 진화하는 최첨단 요구 사항을 지원할 수 있는 유연성을 갖춘 새로운 장비가 필요했습니다. 브렛은 "가장 광범위한 요구 사항에 맞춰 조정할 수 있는 장비가 필요합니다."라고 말했습니다. 호주 싱크로트론은 사용자들의 다양하고 고유한 요구 사항 외에도 방사선 환경에서 매우 강력한 빔을 다루고 있습니다. 연구자들은 종종 장비를 방사능 오염 지역 밖에 배치하되 케이블이 길어 지연이 발생하고 성능이 저하되는 방식을 택할지, 아니면 장비를 방사선으로부터 차폐하고 실험 장소 가까이에 배치할지 선택해야 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.
그림 2: Moku:Pro의 데이터 검증 오실로스코프 를 통해 큐티픽스 GUI "기본 프레임워크를 구현하는 데 많은 시간이 걸리지 않았습니다."라고 그는 말했습니다. "매개변수를 변경하고 데이터를 캡처하도록 설정하는 것은 매우 간단했습니다." 다용성과 재구성 가능성이 필수적인 환경에서 Moku는 최첨단 과학 분야의 연구자들이 필요로 하는 예측 불가능하고 다양한 요구 사항을 충족하는 데 도움을 줍니다. 유연한 FPGA 기반 아키텍처 덕분에 Moku는 고속 로깅 속도로 분광학 실험을 수행하는 연구자, 저해상도에서 회절 실험을 수행하는 연구자 등 다양한 연구자들의 요구를 충족합니다. 모든 기기의 모든 매개변수를 제어하기 위한 드라이버 개발은 추가 작업이 필요하지만, 프레임워크를 통해 Moku 장치가 EPICS와 통합될 수 있음을 보여주고 API를 통해 개발이 용이하기 때문에 연구팀은 Moku 제품군을 시스템의 나머지 부분과 통합되지 않을 위험 없이 사용할 수 있습니다.
결과
사용의 용이성 모쿠 API 이를 통해 Moku를 시설에서 사용되는 기존 EPICS 프레임워크에 원활하게 통합할 수 있습니다. 연구원들은 이를 통해 다양한 실험에서 아날로그 측정값을 수집할 수 있게 됩니다. 변형률 게이지, 온도 센서, 광검출기 또는 기타 센서에서 아날로그 측정값을 수집하든, Moku와 EPICS의 통합은 수많은 실험을 지원하는 빠르고 동기화된 데이터 기록을 가능하게 합니다. 효율적이고 유연한 장비 제어 외에도, 브렛은 Moku를 EPICS에 통합할 계획입니다. Moku:Go 민감하고 방사능이 있는 환경에서도 비용 효율적이고 소형인 테스트 시스템으로 사용되어 위험한 환경에서도 쉽게 데이터를 수집할 수 있습니다. 브렛은 "크기는 작지만 성능은 뛰어난 장비를 갖게 되어 매우 기쁩니다."라고 말하며 "가격 대비 성능이 훌륭합니다."라고 덧붙였습니다. 광범위한 기술력을 바탕으로 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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