Presented by Didier Muvandimwe Hendrix College, Conway, AR - PowerPoint PPT Presentation

¡ Presented ¡by ¡Didier ¡Muvandimwe ¡ Hendrix ¡College, ¡Conway, ¡AR ¡ ¡ Intensity ¡Frontier, ¡PPD ¡ Supervisor: ¡Martin ¡Frank, ¡ ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 1 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Outline  Neutrinos and Nova  Instrumentation of blocks  Measure distance and strain on blocks  Displaying the parameter readings in Synoptic  Results and conclusion ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡ 2 ¡

Neutrinos and their properties  Muon, ¡tau, ¡and ¡electron ¡neutrinos ¡  Have ¡a ¡mass, ¡but ¡very ¡small ¡  Abundant ¡particles, ¡rare ¡interaction ¡with ¡other ¡particles ¡  Difficult ¡to ¡detect ¡  Need ¡large ¡detectors ¡ ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 3 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Nova ¡objec*ves ¡  Oscillation ¡of ¡ muon ¡neutrinos ¡to ¡ electron ¡neutrinos ¡  Ordering ¡of ¡the ¡neutrino ¡masses ¡  Symmetry ¡between ¡matter ¡and ¡antimatter ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 4 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Nova  Near detector and Far detector  ND: 222 tons, and FD: 14 ktons  Far Detector: 28 Blocks, Each block: 384 PVC modules ¡ ¡ ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 5 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

¡ Block instrumentation for the Far Detector  Measuring distances between blocks and strain on some blocks  Using Synoptic to build displays (GUIs )  Monitoring these parameters in the Nova control room ¡ ¡ 26# 27# 25# 24# 23# 22# ¡ 21# 20# 19# 18# 17# 16# 15# 13# 14# 12# 11# 10# 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 June#3,#2013# May#20,#2013# May#6,#2013# April##18,#2013# April#4,#2013# March#20,#2013# March#5,#2013# May#24,#2013# May#13,#2013# April##25,#2013# April#12,#2013# March##22,#2013# March#7,#2012# May#21,#2013# May#21,#2013# Block Installed Block 8 Fill Progress Block Filled 8/5/2013 ¡ 6 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

¡ Gap Distances  27 gaps ( B00/B01 gap, B01/B02 gap,… B15/B16 gap,……….B26/B27 gap)  Each Gap: 24 sensors: 18 north side and 6 south side.  Each sensor has a name ( sensor variable),  Variable broadcasted through ACNET  Variable imported from ACNET to display in Synoptic ¡ ¡ 26# 27# 25# 24# 23# 22# 21# ¡ 20# 19# 18# 17# 16# 15# 13# 14# 12# 11# 10# 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 June#3,#2013# May#20,#2013# ¡ May#6,#2013# April##18,#2013# April#4,#2013# March#20,#2013# March#5,#2013# May#24,#2013# May#13,#2013# April##25,#2013# April#12,#2013# March##22,#2013# March#7,#2012# May#21,#2013# May#21,#2013# ¡ Block Installed 8/5/2013 ¡ 7 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡ Block 8 Fill Progress

Distance ¡sensor ¡Variables ¡  DIS- B# # - N/S XY  B:[Block], ##: Block number, N or S: North or South side sensor, X or Y: horizontal and vertical position ¡ 8/5/2013 ¡ 8 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Strain sensor variables  Sensor variables: S-#-N/W-XY-1/2/3 .  S : Strain, N/W: North or West, X/Y: Horizontal or vertical position, gauge number. S1N11 S1N21 S1N31 S1N41 S1N51 S1N61 S1N12 S1N22 S1N32 S1N42 S1N52 S1N62 S1N13 S1N23 S1N33 S1N43 S1N53 S1N63 S1N14 S1N24 S1N34 S1N44 S1N54 S1N64 8/5/2013 ¡ 9 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

How to measure the distances  Changing resistor ( ​𝑆↓𝐸𝐽𝑇 ) and a known resistor( ​𝑆↓𝑤𝐸 ) of 20 K Ω  Voltage divider across ​𝑆↓𝐸𝐽𝑇 and ​𝑆↓𝑤𝐸 ¡  ​𝑾↓𝒑𝒗𝒖 𝑾↓𝒑𝒗𝒖 = ​𝑾↓𝒋𝒐 𝑾↓𝒋𝒐 ∙ ​𝑺↓ 𝑺↓𝑾𝑬 𝑾𝑬 /​𝑺↓ 𝑺↓𝑬𝑱𝑻 𝑱𝑻 + ​𝑺↓ 𝑺↓𝑾𝑬 𝑾𝑬 ¡(1) ¡ ¡  ​𝑾↓𝒑𝒗𝒖 𝑾↓𝒑𝒗𝒖 / /​𝑾↓𝒋𝒐 𝑾↓𝒋𝒐 = ​𝑺↓ 𝑺↓𝑾𝑬 𝑾𝑬 /​𝑺↓ 𝑺↓𝑬𝑱𝑻 𝑱𝑻 + ​𝑺↓ 𝑺↓𝑾𝑬 𝑾𝑬 ¡, ¡ ​𝑆↓𝐸𝐽𝑇 ¡expressed ¡ as ¡ ( ¡ ​𝑆↓𝐸𝐽𝑇 = 𝑛𝑦 + 𝑐) ¡ 8/5/2013 ¡ 10 ¡ ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡ 𝑾↓𝒑𝒗𝒖 / ​𝑾↓𝒑𝒗𝒖 /​𝑾↓𝒋𝒐 𝑾↓𝒋𝒐 = ​𝑺↓ 𝑺↓𝑾𝑬 𝑾𝑬 / ( 𝒏𝒚 𝒏𝒚 + 𝒄 )+ ​𝑺↓ 𝑺↓𝑾𝑬 𝑾𝑬

 𝑌 ¡= ¡ ​ 1 /​𝑊↓𝑝𝑣𝑢 [​ 1 /𝑛 ∙ ​𝑊↓𝑗𝑜 ∙ ​𝑆↓𝑊𝐸 ] − [​ 1 /𝑛 ∙ ​𝑊↓𝑗𝑜 ∙ ​𝑆↓𝑊𝐸 ] (4) ¡  Letting, ¡ 𝐷 = ¡ [​ 1 /𝑛 ∙ ​𝑊↓𝑗𝑜 ∙ ​𝑆↓𝑊𝐸 ] , ¡and ¡ ¡ 𝐸 = ¡ ¡ [​ 1 /𝑛 ∙ ​𝑊↓𝑗𝑜 ∙ ​𝑆↓𝑊𝐸 ] ¡ Then, ¡ ¡ 𝑌 = ¡ ​ 1 /​𝑊↓𝑝𝑣𝑢 [𝐷] + [𝐸] ¡(5) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 11 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Strain ¡and ¡Strain ¡gauge ¡  Strain is the amount of deformation of a body due to a force an applied force. Positive (tension) or negative (compressive).  ɛ = ​ ∆ 𝑀/𝑀 ¡ (1), in micro-strain ( 𝜈𝜁 ).  Use of Strain gauge to measure strain .  Gauge Factor (GF): the fundamental parameter of the strain gauge.  Measures the material sensitivity to the strain. i.e. GF=2 for nova (metallic strain) gauges  GF= ¡ ​ ∆ 𝑆⁄𝑆 /​ ∆ 𝑀⁄𝑀 = ​ ∆ 𝑆⁄𝑆 /𝜁 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 12 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

How to measure strain  3 gauge strain sensor or rosette ( ​𝜁↓ 1 , ¡ ​𝜁↓ 2 , ¡ ​𝜁↓ 3 ) 8/5/2013 ¡ 13 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

 Connecting a strain gauge to a modified Wheatstone bridge  Slight modification to a quarter bridge circuit  Setting ​𝑆↓ 1 = ​𝑆↓ 2 , ​𝑆↓ 3 = ​𝑆↓𝐻 , and the GF equation, ∆ 𝑆 = ​𝑆↓𝐻 . ¡ 𝐻𝐺 . ¡ 𝜁 .  ​𝑊↓ 0 /​𝑊↓𝐹𝑌 =− ​𝐻𝐺 . ¡ 𝜁/ 4 (​ 1 / 1+ 𝐻𝐺 . ​𝜁/ 2 )( 7 )  From (7), letting ​𝑊↓𝑠 = ​𝑊↓ 0 /​𝑊↓𝐹𝑌 , then  𝜁 = ​ −4 ​ ∙ 𝑊↓𝑠 /𝐻𝐺( 1+2 ​𝑊↓𝑠 ) ¡(8) ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 14 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

 Measuring and reading ( ​𝜁↓ 1 , ¡ ​𝜁↓ 2 , ¡ ​𝜁↓ 3 ).  However, displaying principal strain ( ​𝜁↓𝑞 , ¡ ​𝜁↓𝑟 ) ¡  ​ ¡ 𝜁↓𝑞 = ​𝜁↓ 1 + ​𝜁↓ 2 / 2 + ​ 1 / √2 √ ⁠ ( ​𝜁↓ 1 − ​𝜁↓ 2 ) ↑ 2 +( ​𝜁↓ 2 − ​ 𝜁↓ 3 ) ↑ 2 ¡  ​𝜁↓𝑟 = ​𝜁↓ 1 + ​𝜁↓ 2 / 2 − ​ 1 /√ ⁠ 2 √ ⁠ ( ​𝜁↓ 1 − ​𝜁↓ 2 ) ↑ 2 +( ​𝜁↓ 2 − ​ 𝜁↓ 3 ) ↑ 2 ¡ ( ​𝜁↓𝑞 , ¡ ​𝜁↓𝑟 ) are displayed in Synoptic 8/5/2013 ¡ 15 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Results  Distance ¡readings ¡with ¡alarms ¡  http://www-­‑bd.fnal.gov/synoptic/display/Nova_Far/Displays/ BlockGapOverview ¡ 8/5/2013 ¡ 16 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

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Strain readings ( ​𝜁↓𝑞 , ¡ ​𝜁↓𝑟 ) ¡ • ¡ ¡Rosette ¡( ​𝜁↓ 1 , ¡ ​𝜁↓ 2 , ¡ ​𝜁↓ 3 ) ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 18 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Conclusion and Future work  Distance readings displays have been completed  Easy control and monitoring in Nova control room  Knowing broken sensors, detect any issues with the sensors  Recognizing out of range (abnormal) readings  Strain displays are in progress and continue to work on them  Overview for all 8 blocks with strain sensors on them  Have all strain readings as it is for the distance display ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 19 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡

Acknowledgements  Supervisor: Martin Frank  Dianne Engram, and the entire SIST committee  Linda Diepholz  Mentors: Mccrory Elliott, and Bradly Verdant  Fellow Interns 8/5/2013 ¡ Didier ¡ ¡Muvandimwe ¡ 20 ¡

Ques*ons ¡? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 8/5/2013 ¡ 21 ¡ Didier ¡Muvandimwe ¡ ¡