Zählrohre (0-dimensionale Detektoren)

DOKUMENTENNAME:

Pflichtenheft: RTK-Steuerprogramm

Funktion: Zählrohre (0-dimensionale Detektoren)

Dokumentversion:
1.02 (08.02.2000)

Autor:
U.Sacklowski
unter Einbeziehung der Auswertung der Zuarbeit durch die Projektgruppe99

Zustand:
in Bearbeitung

1. Funktionale Beschreibung

1.1 Zusammenfassung

Zählrohre zählen die einfallenden Photonen. Eine Zählung kann integral erfolgen, d.h., alle Photonen werden unabhängig von der Eintreffstelle auf dem Detektor gezählt, und ortsauflösend. Genutzt wird nur die integrale Zählweise.

Das Einsatzfeld solcher Zählrohre liegt bei:

- der Justage (manuelle und automatische), hier als Kontrollgerät hinsichtlich des Justagezustandes,
- der Topographie, hier als Kontrolldetektor zwecks Überprüfung unveränderlicher Meßbedingungen und bei
- der Diffraktometrie/Reflektometrie, hier als Meßgerät für die Ausmessung der Probe.

In allen Anwendungsfällen ist die Zählrate (Photonen (Impulse) je Zeiteinheit) die entscheidende Größe. Sie wird in einem Zählerfenster (siehe Abb. 1) fortlaufend angezeigt.

Aus diesem Zählerfenster heraus (siehe Abb. 1) und auch über das Hauptmenü: Einstellungen - Detektoren - Detektoren... sind alle Funktionen wählbar, wobei ein Teil dieser Funktionen parametergesteuert ist (.ini-File: Abschnitte Counter und Device).

Abb. 1: Zähler-Fenster

Bereitzustellende Funktionen:

- Verfügbarmachung von Zählrohren
- unterschiedliche Startmöglichkeiten des Zählvorganges
- eine Auswahl des Zählrohres einschließlich spezieller Einstellungen (PopUp-Menü 4)
- Wahlmöglichkeiten hinsichtlich der Darstellungsart der Zählrate (PopUp-Menü 1, 2, 3)
- Wahlweises Abspeichern der Meßwerte in einer Datei (PopUp-Menü 5)

Vertreter der 0-dimensionalen Detektorklasse sind der Radicon-Zähler und ein noch älterer Zähler eines ebenfalls russischen Herstellers (siehe: Entwicklerdokumente - Pflichtenheft - Hardware).

1.2 Funktionen

a) Verfügbarmachung von Zählrohren

Sämtliche an einem Meßplatz einsetzbaren Detektoren sind in dem .ini-File zu führen. In diesem existiert für jeden Detektortyp ein eigener [Devicex] - Abschnitt (x: 0, 1, ...) mit den typspezifischen Angaben. Wird z.B. an einem Meßplatz wahlweise der Radicon-Zähler (Type=Radicon) und auch das ältere russische Zählrohr (Type=Generic) benutzt, so sind für beide Zählrohre Device-Abschnitte vorzusehen. Ein dritter Abschnitt könnte für ein fiktives Testzählrohr vorgesehen werden. Seine Typbezeichnung muß abweichend von allen vordefinierten Typen sein, z.B. Type=Test (siehe Dokumentation des .ini-Files).

Ein Zählrohr ist für das Programm verfügbar, wenn es im .ini-File definiert ist und technisch angeschlossen ist. Sind beide Bedingungen erfüllt, wird es in den entsprechenden Dialogboxen zur Auswahl angeboten. Ausgenommen von der technischen Anschlußüberprüfung ist nur der Testzähler.

Zur gleichen Zeit unterstützt das Programm immer nur einen Detektor. Beim Versuch, einen zweiten Detektor, und mit ihm ein zweites Zählerfenster zu öffnen, erfolgt die Fehlerausschrift: Es ist bereits ein darstellendes Fenster geöffnet. Zum Starten eines anderen Detektors muß also zuvor der bereits aktive geschlossen werden.

b) Startmöglichkeiten des Zählvorganges

Der Start dieser Programmfunktion und damit die Öffnung des Zähler-Fensters und die Anzeige der aktuell gemessenen Meßwerte erfolgt auf zweierlei Arten:
a: automatisch nach dem Programmstart, wenn die Parameter "Startup" und "Environment" im [Steuerprogramm]-Abschnitt des .ini-Files entsprechend gesetzt sind,
b: über die Menüfunktion: Einstellungen - Detektoren - Detektoren ...

Standardmäßig wird der Detektor aus dem Abschnitt [Device0] ausgewählt. Ist dieser nicht angeschlossen, gehts weiter zum [Device1] usw. Ist kein Detektor verfügbar (auch keiner vom Typ Test), erfolgt eine Fehlernachricht und es kommt zum Programmabbruch. Gleichermaßen wird verfahren, wenn kein [Device0] - Abschnitt existiert (notwendige Voraussetzung).

Die zu verwendende Lage,Geometrie und der Font des Zählerfensters sind dem .ini-File unter dem Abschnitt [Counter]- x, y, dx, dy, font zu entnehmen.
Der Name des Detektors ist in der Titelzeile des Zählerfensters anzuzeigen (Quelle: .ini-File: [Devicex] - Name).

c) Auswahl des Zählrohres einschließlich spezieller Einstellungen

Dialogbox:

Abb. 2: Zähler-Konfiguration

Diese Dialogbox ist aufrufbar über:
- PopUp-Menü im Zähler-Fenster "Einstellungen Gerät ..."
- Haupt-Menü: Einstellungen - Detektoren - Detektoren ...

Feld: Zeitbegrenzung und Impuls-Begrenzung:

Begrenzungsmöglichkeit für die Meßzeit und die max. Anzahl der Impulse. Angezeigt wird schließlich fortlaufend die Anzahl der Impulse je Meßzeit-Intervall.
Die Anzahl der max. Impulse ist neben der Meßzeit ein zweites Abbruchkriterium. Die tatsächliche Meßzeit kann daher geringer ausfallen. Wird nämlich die max. Impulszahl vor Ablauf der Meßzeit erreicht, so wird diese Impulszahl auf die vorgegebene Meßzeit hochgerechnet, angezeigt und der Zähler beginnt mit Null ein neues Meßintervall. (.ini-File: [Devicex], ExposureTime, ExposureCounts).

Feld: Meßfehler festlegen:

Festlegung des Meßfehlers in Prozent. Abschaltbar. - Bedeutung noch unklar.

Feld: Sound:

Ein- und Ausschalten der akustischen Meldung der Zählrate. Die Tonhöhe steigt mit zunehmender Zählrate. (.ini-File: [Devicex], Sound).
Sound-Erzeugung: bspw. beim Radicon-Zähler von der Radicon-Steuerkarte.

Kombinationsfenster-Feld: Detektor

Wahl eines der angebotenen Detektoren (siehe auch Pkt. b).

Feld: Fenster anzeigen: Ein- und Ausblenden des Zählerfensters.

Schalter: Abbrechen: Verwerfen der aktuell eingegebenen Werte und Schließen des Fensters.

Schalter: OK: Übernahme der aktuell eingegebenen Werte und Schließen des Fensters.

Feld: Weitere Einstellungen:

Dieser Button ist nur für den Radicon-Zähler aktiv und er bewirkt das Öffnen des Unterfensters "Settings for Radicon SCS" (Abb. 3). Für den Test-Zähler wird dies nicht angeboten und die entsprechenden Werte für den russ. SCS-Zähler (Type=Generic) müssen offline durch ein extra Gerät gesetzt werden.

Abb. 3: Settings for Radicon SCS
(Der untere Schwellwert sollte vom oberen abweichen, z.B. 720.)

Felder: Lower Threshold, Upper Threshold, High Voltage:

Der Radicon-Zähler besteht aus dem Detektorblock (außerhalb des PC's), der Interfacekarte (innerhalb des PC's) und einem verbindenden Kabel.

Detektorblock: dieser setzt sich i.w. aus einem Szintillationskristall und einem nachgelagerten Photomultiplier zusammen. Aufgabe des Szintillationskristalls: einfallende Lichtquanten (Photonen) in Lichtblitze umzuwandeln. Aufgabe des Photomultipliers: Umwandlung der Lichtblitze in einen meßbaren elektrischen Strom.

Wesentliche Betriebsgrößen dieser Kombination sind die Beschleunigerspannung und der untere und der obere Schwellwert, alles einstellbar im Fenster "Settings for Radicon SCS". Mit dem unteren und dem oberen Schwellwert (Lower Threshold, Upper Threshold) legt man fest, in welchem Energiebereich einfallende Lichtquanten registriert werden. Dieser Bereich ist so zu legen, daß nur die durch die Röntgenbeugung entstandenen Lichtquanten gezählt werden, und damit der Ausschluß der hochenergetischen Höhenstrahlung und der niedrigenergetischen Strahlung erfolgt. Wie bereits im Pkt. 1.1 erwähnt, wird ausschließlich die integrale Arbeitsweise genutzt. Die Beschleunigerspannung ( High Voltage) liegt am Photomultiplier zwischen der Photokatode und der Anode und soll einen aus den wenigen von der Photokatode emittierten Elektronen meßbaren Strom erzeugen.

Werte für Lower Threshold, Upper Threshold im .ini-File: [Devicex], LowerThresh, UpperTresh.

Werte für High Voltage im .ini-File: [Devicex], HighVoltage.

Cancel, OK: Funktionalität wie beim Fenster "Zähler-Konfiguration".

d) Darstellungsarten der Zählrate

a: Digitale Anzeige / Balken-Darstellung

Eine Auswahl erfolgt über das PopUp-Menü (Abb. 1). Eine digitale Anzeige, wie sie beispielhaft in Abb. 1 zu sehen ist, kann einmal über den Font beeinflußt werden (.ini-File: [Counter], font), zum anderen ist ihr Grad über eine Größenveränderung des Fensters skalierbar. Eine alternative Darstellung zur digitalen Anzeige ist die der Balkendarstellung. Sie kann über die PopUp-Menü-Funktion "Einstellungen Anzeige ..." gesteuert werden.

b: Einstellungen Anzeige ...

Dialogbox:

Abb. 4: Parameter für Zähler-Anzeige

Diese Angaben sind unklar und aus dem Quelltext heraus zu interpretieren. Klar ist nur das Feld: Balken-Anzahl . Sie spezifiziert die Anzahl der senkrecht angeordneten Balken im Zähler-Fenster (Wert im .ini-File: [Counter] BarNumber). Zu den anderen Angaben finden sich keine Parameter im .ini-File (evtl. im Abschnitt [Counter] möglich ?).

Die Balkendarstellung wird nicht mehr benötigt (siehe Pkt. 3: Änderungswünsche, Fehler).

e) Wahlweises Abspeichern der Meßwerte in einer Datei (Log-File)

Die Funktion "Log-File" gestattet, daß ab Wahl dieser Funktion die gemessenen Werte in einem File abgelegt werden.

File-Name: devicex.log   (devicex : Name des aktuellen Detektorabschnittes im .ini-File)
File-Pfad: aktuelles Verzeichnis, aus dem heraus das Programm gestartet wurde.
File-Inhalt: (ascii-File), Beispiel:
     Logging Device1 starts at 24.11.1999 14:12
     22566.090
     22481.090
     22503.090
     ...

Fallbeschreibungen:

- Ist eine Datei mit diesem Namen nicht vorhanden, so wird sie angelegt, ansonsten wird am Ende der bestehenden Datei fortgeschrieben.
- Eine Fortschreibung beginnt immer mit der "Logging Devicex - Zeile".
Bsp. für eine fortgeschriebene Log-Datei:

   Logging Device1 starts at 24.11.1999 14:12
     22566.090
     22481.090
     22503.090
     Logging Device1 starts at 26.12.1999 10:12
     33566.000
     33481.090

- Eine Fortschreibung erfolgt auch nach einem Ausschalten (keine Aufzeichnung mehr der Meßdaten) und dem anschließenden Einschalten der Log-Funktion.
- Die Ausgabe der Daten endet mit dem Ausschalten der Log-Funktion, mit dem Schließen des Zählerfensters oder dem Schließen der Anwendung.
- Ein zwischenzeitliches Verändern der Zählerparameter während des Schreibens in das Log-File schlägt sich nicht im Log-File nieder.

2. Eingaben

a) Fenster: Zähler-Konfiguration

- Zeitbegrenzung:
Wertebereich: bis ?
Default-Werte:?
Maßeinheit: Sekunden
.ini-File: [Devicex], ExposureTime

- Impulsbegrenzung:
Wertebereich: bis ?
Default-Werte:?
Maßeinheit: Anzahl
.ini-File: [Devicex], ExposureCounts

- Meßfehler festlegen
Wertebereich: bis ?
Default-Wert:?
Maßeinheit: %
.ini-File: ?

- Listbox: Detektorauswahl
Angeboten werden alle die Detektoren mit ihrem Namen, die im .ini-File in einem [Devicex]-Abschnitt aufgeführt werden und am PC auch angeschlossen sind. Letztere Bedingung ist für den "Test-Zähler" nicht erforderlich.

b) Fenster: Settings for Radicon SCS

- Lower Threshold
Wertebereich: bis ?
Default-Werte: 150, wenn < 1, dann 150; wenn Lower Threshold >= Upper Threshold, dann L.T.: 300
Maßeinheit: ?
.ini-File: [Devicex], LowerThresh

- Upper Threshold
Wertebereich: bis ?
Default-Werte: 950, wenn < 1, dann 1023; wenn Lower Threshold >= Upper Threshold, dann U.T.: 1023
Maßeinheit: ?
.ini-File: [Devicex], UpperThresh

- High Voltage
Wertebereich: bis ?
Default-Werte:?
Maßeinheit: Volt
.ini-File: [Devicex], HighVoltage

c) Fenster: Parameter für Zähleranzeige

- Max. Intensität
Wertebereich: bis ?
Default-Werte:?
Maßeinheit: ?
.ini-File: ?

- Balken-Anzahl
Wertebereich: bis ?
Default-Werte:?
Maßeinheit: Anzahl der Balken im Zähler-Fenster
.ini-File: [Counter] BarNumber

3. Änderungswünsche, Fehler

- Die Balkendarstellung ist herauszunehmen
- das Fenster "Parameter für Zähleranzeige" ist wahrscheinlich überflüssig

Fehler:
- Beim Radicon SCS werden die Angaben aus dem Fenster "Settings for Radicon SCS" nicht in das .ini-File übernommen

4. Offene Fragen

- Obige Änderungswünsche sind abschließend abzuklären
- Fenster: Zähler-Konfiguration: Meßfehler erklären
- durch Sourcenanalyse beantwortbar bzw. als Änderungangebote zu sehen:
   -- Log-File:
         .. sind Pfad und Name des Log-Files beeinflußbar?
         .. sollten Maßeinheiten und Angaben zum Ende des Loggings übernommen werden?
   -- .ini-File:
         .. werden alle Werte mit dem Schließen eines Fensters übernommen?
         .. welches ist die max. Anzahl der Detektorabschnitte?
   -- Detektor:
        .. wo werden die Schwellwerte und die Arbeitsspannung für den russischen SCS abgelegt?
        .. ist feststellbar, nach welcher Zeit die Impulsbegrenzung erreicht wurde?
- Überarbeitung aus softwareergonomischer Sicht ??
   -- siehe Dokument: Auswertung der Zuarbeiten zum Dokument v1.00, -
          hier Angaben aus Pkt. 3 und bzgl. der SW-ergon. Bemerkungen zu den einzelnen Fenstern