TPC/AliTPCcalibTimeGain.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /*
  17
  18 This class provides the calibration of the time dependence of the TPC gain due to pressure and temperature changes etc.
  19
  20
  21 //0.  Libraries to load
  22 gSystem->Load("libANALYSIS");
  23 gSystem->Load("libSTAT");
  24 gSystem->Load("libTPCcalib");
  25
  26
  27 //1. Do calibration ...
  28 //
  29 // compare reference
  30
  31 //
  32 //2. Visualize results
  33 //
  34 TFile fcalib("CalibObjects.root");
  35 TObjArray * array = (TObjArray*)fcalib.Get("TPCCalib");
  36 AliTPCcalibTimeGain * gain = ( AliTPCcalibTimeGain *)array->FindObject("calibTimeGain");
  37 TGraphErrors * gr = gain->GetGraphGainVsTime(0,500)
  38
  39 TH2D * GainTime = gain->GetHistGainTime()->Projection(0,1)
  40 GainTime->GetXaxis()->SetTimeDisplay(kTRUE)
  41 GainTime->GetXaxis()->SetTimeFormat("#splitline{%d/%m}{%H:%M}")
  42 GainTime->Draw("colz")
  43
  44 //
  45 // MakeSlineFit example
  46 //
  47 AliSplineFit *fit = AliTPCcalibTimeGain::MakeSplineFit(gr)
  48
  49 TGraph * grfit = fit.MakeGraph(gr->GetX()[0],gr->GetX()[gr->GetN()-1],50000,0);
  50
  51 gr->SetMarkerStyle(25);
  52 gr->Draw("lp");
  53 grfit->SetLineColor(2);
  54 grfit->Draw("lu");
  55
  56 */
  57
  58
  59 #include "Riostream.h"
  60 #include "TChain.h"
  61 #include "TTree.h"
  62 #include "TH1F.h"
  63 #include "TH2F.h"
  64 #include "TH3F.h"
  65 #include "THnSparse.h"
  66 #include "TGraphErrors.h"
  67 #include "TList.h"
  68 #include "TMath.h"
  69 #include "TCanvas.h"
  70 #include "TFile.h"
  71 #include "TF1.h"
  72 #include "TVectorD.h"
  73 #include "TProfile.h"
  74 #include "TGraphErrors.h"
  75 #include "TCanvas.h"
  76
  77 #include "AliTPCclusterMI.h"
  78 #include "AliTPCseed.h"
  79 #include "AliESDVertex.h"
  80 #include "AliESDEvent.h"
  81 #include "AliESDfriend.h"
  82 #include "AliESDInputHandler.h"
  83 #include "AliAnalysisManager.h"
  84
  85 #include "AliTracker.h"
  86 #include "AliMagF.h"
  87 #include "AliTPCCalROC.h"
  88
  89 #include "AliLog.h"
  90
  91 #include "AliTPCcalibTimeGain.h"
  92
  93 #include "TTreeStream.h"
  94 #include "AliTPCTracklet.h"
  95 #include "TTimeStamp.h"
  96 #include "AliTPCcalibDB.h"
  97 #include "AliTPCcalibLaser.h"
  98 #include "AliDCSSensorArray.h"
  99 #include "AliDCSSensor.h"
 100
 101 ClassImp(AliTPCcalibTimeGain)
 102
 103
 104 AliTPCcalibTimeGain::AliTPCcalibTimeGain()
 105   :AliTPCcalibBase(),
 106    fHistGainTime(0),
 107    fGainVsTime(0),
 108    fHistDeDxTotal(0),
 109    fIntegrationTimeDeDx(0),
 110    fMIP(0),
 111    fUseMax(0),
 112    fLowerTrunc(0),
 113    fUpperTrunc(0),
 114    fUseShapeNorm(0),
 115    fUsePosNorm(0),
 116    fUsePadNorm(0),
 117    fUseCookAnalytical(0),
 118    fIsCosmic(0),
 119    fLowMemoryConsumption(0)
 120 {
 121   AliInfo("Default Constructor");
 122 }
 123
 124
 125 AliTPCcalibTimeGain::AliTPCcalibTimeGain(const Text_t *name, const Text_t *title, UInt_t StartTime, UInt_t EndTime, Int_t deltaIntegrationTimeGain)
 126   :AliTPCcalibBase(),
 127    fHistGainTime(0),
 128    fGainVsTime(0),
 129    fHistDeDxTotal(0),
 130    fIntegrationTimeDeDx(0),
 131    fMIP(0),
 132    fUseMax(0),
 133    fLowerTrunc(0),
 134    fUpperTrunc(0),
 135    fUseShapeNorm(0),
 136    fUsePosNorm(0),
 137    fUsePadNorm(0),
 138    fUseCookAnalytical(0),
 139    fIsCosmic(0),
 140    fLowMemoryConsumption(0)
 141  {
 142
 143   SetName(name);
 144   SetTitle(title);
 145
 146   AliInfo("Non Default Constructor");
 147
 148   fIntegrationTimeDeDx = deltaIntegrationTimeGain;
 149
 150   Double_t deltaTime = EndTime - StartTime;
 151
 152
 153   // main histogram for time dependence: dE/dx, time, type (1-muon cosmic,2-pion beam data), meanDriftlength, momenta (only filled if enough space is available), run number
 154   Int_t timeBins = TMath::Nint(deltaTime/deltaIntegrationTimeGain);
 155   Int_t binsGainTime[6]    = {100,  timeBins,    2,  25, 200, 10000000};
 156   Double_t xminGainTime[6] = {0.5, StartTime,  0.5,   0, 0.1,    -0.5};
 157   Double_t xmaxGainTime[6] = {  4,   EndTime,  2.5, 250,  50, 9999999.5};
 158   fHistGainTime = new THnSparseF("HistGainTime","dEdx time dep.;dEdx,time,type,driftlength,momenta,run number;dEdx",6,binsGainTime,xminGainTime,xmaxGainTime);
 159   BinLogX(fHistGainTime, 4);
 160   //
 161   fHistDeDxTotal = new TH2F("DeDx","dEdx; momentum p (GeV); TPC signal (a.u.)",250,0.01,100.,1000,0.,1000);
 162   BinLogX(fHistDeDxTotal);
 163
 164   // default values for dE/dx
 165   fMIP = 50.;
 166   fUseMax = kTRUE;
 167   fLowerTrunc = 0.0;
 168   fUpperTrunc = 0.7;
 169   fUseShapeNorm = kTRUE;
 170   fUsePosNorm = kFALSE;
 171   fUsePadNorm = kFALSE;
 172   fUseCookAnalytical = kFALSE;
 173   //
 174   fIsCosmic = kTRUE;
 175   fLowMemoryConsumption = kFALSE;
 176   //
 177
 178  }
 179
 180
 181
 182 AliTPCcalibTimeGain::~AliTPCcalibTimeGain(){
 183   //
 184   //
 185   //
 186 }
 187
 188
 189 void AliTPCcalibTimeGain::Process(AliESDEvent *event) {
 190   //
 191   // main track loop
 192   //
 193   if (!event) {
 194     Printf("ERROR: ESD not available");
 195     return;
 196   }
 197
 198   if (fIsCosmic) { // this should be removed at some point based on trigger mask !?
 199     ProcessCosmicEvent(event);
 200   } else {
 201     ProcessBeamEvent(event);
 202   }
 203
 204
 205
 206
 207 }
 208
 209
 210 void AliTPCcalibTimeGain::ProcessCosmicEvent(AliESDEvent *event) {
 211
 212   AliESDfriend *ESDfriend=static_cast<AliESDfriend*>(event->FindListObject("AliESDfriend"));
 213   if (!ESDfriend) {
 214    Printf("ERROR: ESDfriend not available");
 215    return;
 216   }
 217   //
 218   UInt_t time = event->GetTimeStamp();
 219   Int_t ntracks = event->GetNumberOfTracks();
 220   Int_t runNumber = event->GetRunNumber();
 221   //
 222   // track loop
 223   //
 224   for (Int_t i=0;i<ntracks;++i) {
 225
 226     AliESDtrack *track = event->GetTrack(i);
 227     if (!track) continue;
 228
 229     const AliExternalTrackParam * trackIn = track->GetInnerParam();
 230     const AliExternalTrackParam * trackOut = track->GetOuterParam();
 231     if (!trackIn) continue;
 232     if (!trackOut) continue;
 233
 234     // calculate necessary track parameters
 235     Double_t meanP = trackIn->GetP();
 236     Double_t meanDrift = 250 - 0.5*TMath::Abs(trackIn->GetZ() + trackOut->GetZ());
 237     Int_t NclsDeDx = track->GetTPCNcls();
 238
 239     // exclude tracks which do not look like primaries or are simply too short or on wrong sectors
 240     if (NclsDeDx < 60) continue;
 241     if (TMath::Abs(trackIn->GetTgl()) > 1) continue;
 242     if (TMath::Abs(trackIn->GetSnp()) > 0.6) continue;
 243
 244     // Get seeds
 245     AliESDfriendTrack *friendTrack = ESDfriend->GetTrack(i);
 246     if (!friendTrack) continue;
 247     TObject *calibObject;
 248     AliTPCseed *seed = 0;
 249     for (Int_t l=0;(calibObject=friendTrack->GetCalibObject(l));++l) {
 250       if ((seed=dynamic_cast<AliTPCseed*>(calibObject))) break;
 251     }
 252
 253     if (seed) {
 254       Double_t TPCsignal = GetTPCdEdx(seed);
 255       fHistDeDxTotal->Fill(meanP, TPCsignal);
 256       //
 257       if (fLowMemoryConsumption) {
 258         if (meanP < 20) continue;
 259         meanP = 30; // set all momenta to one in order to save memory
 260       }
 261       //dE/dx, time, type (1-muon cosmic,2-pion beam data), momenta
 262       Double_t vec[6] = {TPCsignal,time,1,meanDrift,meanP,runNumber};
 263       fHistGainTime->Fill(vec);
 264     }
 265
 266   }
 267
 268 }
 269
 270
 271
 272 void AliTPCcalibTimeGain::ProcessBeamEvent(AliESDEvent *event) {
 273
 274   AliESDfriend *ESDfriend=static_cast<AliESDfriend*>(event->FindListObject("AliESDfriend"));
 275   if (!ESDfriend) {
 276    Printf("ERROR: ESDfriend not available");
 277    return;
 278   }
 279   //
 280   UInt_t time = event->GetTimeStamp();
 281   Int_t ntracks = event->GetNumberOfTracks();
 282   Int_t runNumber = event->GetRunNumber();
 283   //
 284   // track loop
 285   //
 286   for (Int_t i=0;i<ntracks;++i) {
 287
 288     AliESDtrack *track = event->GetTrack(i);
 289     if (!track) continue;
 290
 291     const AliExternalTrackParam * trackIn = track->GetInnerParam();
 292     const AliExternalTrackParam * trackOut = track->GetOuterParam();
 293     if (!trackIn) continue;
 294     if (!trackOut) continue;
 295
 296     // calculate necessary track parameters
 297     Double_t meanP = trackIn->GetP();
 298     Double_t meanDrift = 250 - 0.5*TMath::Abs(trackIn->GetZ() + trackOut->GetZ());
 299     Int_t NclsDeDx = track->GetTPCNcls();
 300
 301     // exclude tracks which do not look like primaries or are simply too short or on wrong sectors
 302     if (NclsDeDx < 60) continue;
 303     if (TMath::Abs(trackIn->GetTgl()) > 1) continue;
 304     if (TMath::Abs(trackIn->GetSnp()) > 0.6) continue;
 305
 306     // Get seeds
 307     AliESDfriendTrack *friendTrack = ESDfriend->GetTrack(i);
 308     if (!friendTrack) continue;
 309     TObject *calibObject;
 310     AliTPCseed *seed = 0;
 311     for (Int_t l=0;(calibObject=friendTrack->GetCalibObject(l));++l) {
 312       if ((seed=dynamic_cast<AliTPCseed*>(calibObject))) break;
 313     }
 314
 315     if (seed) {
 316       Double_t TPCsignal = GetTPCdEdx(seed);
 317       fHistDeDxTotal->Fill(meanP, TPCsignal);
 318       //
 319       if (fLowMemoryConsumption) {
 320         if (meanP > 0.5 || meanP < 0.4) continue;
 321         meanP = 0.45; // set all momenta to one in order to save memory
 322       }
 323       //dE/dx, time, type (1-muon cosmic,2-pion beam data), momenta
 324       Double_t vec[6] = {TPCsignal,time,2,meanDrift,meanP,runNumber};
 325       fHistGainTime->Fill(vec);
 326     }
 327
 328   }
 329
 330 }
 331
 332
 333 Float_t AliTPCcalibTimeGain::GetTPCdEdx(AliTPCseed * seed) {
 334
 335   Double_t signal = 0;
 336   //
 337   if (!fUseCookAnalytical) {
 338     signal = (1/fMIP)*seed->CookdEdxNorm(fLowerTrunc,fUpperTrunc,fUseMax,0,159,fUseShapeNorm,fUsePosNorm,fUsePadNorm,0);
 339   } else {
 340     signal = (1/fMIP)*seed->CookdEdxAnalytical(fLowerTrunc,fUpperTrunc,fUseMax);
 341   }
 342   //
 343   return signal;
 344 }
 345
 346
 347 void AliTPCcalibTimeGain::AnalyzeRun(Int_t minEntries) {
 348   //
 349   //
 350   //
 351   if (fIsCosmic) {
 352     fHistGainTime->GetAxis(2)->SetRangeUser(0.51,1.49); // only cosmics
 353     fHistGainTime->GetAxis(4)->SetRangeUser(20,100);    // only Fermi-Plateau muons
 354   } else {
 355     fHistGainTime->GetAxis(2)->SetRangeUser(1.51,2.49); // only beam data
 356     fHistGainTime->GetAxis(4)->SetRangeUser(0.39,0.51); // only MIP pions
 357   }
 358   //
 359   fGainVsTime = AliTPCcalibBase::FitSlices(fHistGainTime,0,1,minEntries,10);
 360   //
 361   return;
 362 }
 363
 364
 365 TGraphErrors * AliTPCcalibTimeGain::GetGraphGainVsTime(Int_t runNumber, Int_t minEntries) {
 366   //
 367   //
 368   //
 369   if (runNumber == 0) {
 370     if (!fGainVsTime) {
 371       AnalyzeRun(minEntries);
 372     }
 373   } else {
 374     // 1st check if the current run was cosmic or beam event
 375     fHistGainTime->GetAxis(5)->SetRangeUser(runNumber,runNumber);
 376     AnalyzeRun(minEntries);
 377   }
 378   if (fGainVsTime->GetN() == 0) return 0;
 379   return fGainVsTime;
 380 }
 381
 382 Long64_t AliTPCcalibTimeGain::Merge(TCollection *li) {
 383
 384   TIterator* iter = li->MakeIterator();
 385   AliTPCcalibTimeGain* cal = 0;
 386
 387   while ((cal = (AliTPCcalibTimeGain*)iter->Next())) {
 388     if (!cal->InheritsFrom(AliTPCcalibTimeGain::Class())) {
 389       Error("Merge","Attempt to add object of class %s to a %s", cal->ClassName(), this->ClassName());
 390       return -1;
 391     }
 392
 393     // add histograms here...
 394     if (cal->GetHistGainTime()) fHistGainTime->Add(cal->GetHistGainTime());
 395     if (cal->GetHistDeDxTotal()) fHistDeDxTotal->Add(cal->GetHistDeDxTotal());
 396
 397   }
 398
 399   return 0;
 400
 401 }
 402
 403
 404 AliSplineFit * AliTPCcalibTimeGain::MakeSplineFit(TGraphErrors * graph) {
 405   //
 406   //
 407   //
 408   AliSplineFit *fit = new AliSplineFit();
 409   fit->SetGraph(graph);
 410   fit->SetMinPoints(graph->GetN()+1);
 411   fit->InitKnots(graph,2,0,0.001);
 412   fit->SplineFit(0);
 413   return fit;
 414
 415 }
 416
 417
 418 void AliTPCcalibTimeGain::BinLogX(THnSparse *h, Int_t axisDim) {
 419
 420   // Method for the correct logarithmic binning of histograms
 421
 422   TAxis *axis = h->GetAxis(axisDim);
 423   int bins = axis->GetNbins();
 424
 425   Double_t from = axis->GetXmin();
 426   Double_t to = axis->GetXmax();
 427   Double_t *new_bins = new Double_t[bins + 1];
 428
 429   new_bins[0] = from;
 430   Double_t factor = pow(to/from, 1./bins);
 431
 432   for (int i = 1; i <= bins; i++) {
 433    new_bins[i] = factor * new_bins[i-1];
 434   }
 435   axis->Set(bins, new_bins);
 436   delete new_bins;
 437
 438 }
 439
 440
 441 void AliTPCcalibTimeGain::BinLogX(TH1 *h) {
 442
 443   // Method for the correct logarithmic binning of histograms
 444
 445   TAxis *axis = h->GetXaxis();
 446   int bins = axis->GetNbins();
 447
 448   Double_t from = axis->GetXmin();
 449   Double_t to = axis->GetXmax();
 450   Double_t *new_bins = new Double_t[bins + 1];
 451
 452   new_bins[0] = from;
 453   Double_t factor = pow(to/from, 1./bins);
 454
 455   for (int i = 1; i <= bins; i++) {
 456    new_bins[i] = factor * new_bins[i-1];
 457   }
 458   axis->Set(bins, new_bins);
 459   delete new_bins;
 460
 461 }
 462
 463
 464
 465 void AliTPCcalibTimeGain::CalculateBetheAlephParams(TH2F *hist, Double_t * ini) {
 466   //{0.0762*MIP,10.632,1.34e-05,1.863,1.948}
 467   const Double_t sigma = 0.06;
 468
 469   TH2F *histBG = new TH2F("histBG","dEdxBg; #beta #gamma; TPC signal (a.u.)",TMath::Nint(0.5*hist->GetNbinsX()),0.1,5000.,hist->GetNbinsY(),hist->GetYaxis()->GetXmin(),hist->GetYaxis()->GetXmax());
 470   BinLogX(histBG);
 471
 472   TF1 *foElectron = new TF1("foElectron", "AliExternalTrackParam::BetheBlochAleph(x/0.000511,[0],[1],[2],[3],[4])",0.01,100);
 473   TF1 *foMuon = new TF1("foMuon", "AliExternalTrackParam::BetheBlochAleph(x/0.1056,[0],[1],[2],[3],[4])",0.01,100);
 474   TF1 *foPion = new TF1("foPion", "AliExternalTrackParam::BetheBlochAleph(x/0.138,[0],[1],[2],[3],[4])",0.01,100);
 475   TF1 *foKaon = new TF1("foKaon", "AliExternalTrackParam::BetheBlochAleph(x/0.498,[0],[1],[2],[3],[4])",0.01,100);
 476   TF1 *foProton = new TF1("foProton", "AliExternalTrackParam::BetheBlochAleph(x/0.938,[0],[1],[2],[3],[4])",0.01,100);
 477   foElectron->SetParameters(ini);
 478   foMuon->SetParameters(ini);
 479   foPion->SetParameters(ini);
 480   foKaon->SetParameters(ini);
 481   foProton->SetParameters(ini);
 482
 483   TCanvas *CanvCheck1 = new TCanvas();
 484   hist->Draw("colz");
 485   foElectron->Draw("same");
 486   foMuon->Draw("same");
 487   foPion->Draw("same");
 488   foKaon->Draw("same");
 489   foProton->Draw("same");
 490
 491   // Loop over all points of the input histogram
 492
 493   for(Int_t i=1; i < hist->GetNbinsX(); i++) {
 494     Double_t x = hist->GetXaxis()->GetBinCenter(i);
 495     for(Int_t j=1; j < hist->GetNbinsY(); j++) {
 496       Long64_t n = hist->GetBin(i, j);
 497       Double_t y = hist->GetYaxis()->GetBinCenter(j);
 498       Double_t entries = hist->GetBinContent(n);
 499       Double_t mass = 0;
 500
 501       // 1. identify protons
 502       mass = 0.938;
 503       if (TMath::Abs(y - foProton->Eval(x))/foProton->Eval(x) < 4*sigma && x < 0.65 ) {
 504         for(Int_t iEntries =0; iEntries < entries; iEntries++) histBG->Fill(x/mass, y);
 505       }
 506
 507       // 2. identify electrons
 508       mass = 0.000511;
 509       if (fIsCosmic) {
 510         if (TMath::Abs(y - foElectron->Eval(x))/foElectron->Eval(x) < 4*sigma && (x>0.25&&x<0.7) && fIsCosmic) {
 511           for(Int_t iEntries =0; iEntries < entries; iEntries++) histBG->Fill(x/mass, y);
 512         }
 513       } else {
 514         if (TMath::Abs(y - foElectron->Eval(x))/foElectron->Eval(x) < 2*sigma && ((x>0.25&&x<0.35) || (x>1.5&&x<1.8) || (x>0.65&&x<0.7))) {
 515           for(Int_t iEntries =0; iEntries < entries; iEntries++) histBG->Fill(x/mass, y);
 516         }
 517       }
 518
 519       // 3. identify either muons or pions depending on cosmic or not
 520       if (fIsCosmic) {
 521         mass = 0.1056;
 522         if (TMath::Abs(y - foMuon->Eval(x))/foMuon->Eval(x) < 4*sigma && x > 0.25 && x < 100 ) {
 523           for(Int_t iEntries =0; iEntries < entries; iEntries++) histBG->Fill(x/mass, y);
 524         }
 525       } else {
 526         mass = 0.1396;
 527         if (TMath::Abs(y - foPion->Eval(x))/foPion->Eval(x) < 4*sigma && x > 0.15 && x < 2) {
 528           for(Int_t iEntries =0; iEntries < entries; iEntries++) histBG->Fill(x/mass, y);
 529         }
 530       }
 531
 532       // 4. for pp also Kaons must be included
 533       if (!fIsCosmic) {
 534         mass = 0.4936;
 535         if (TMath::Abs(y - foKaon->Eval(x))/foKaon->Eval(x) < 4*sigma && x > 0.2 && x < 0.3 ) {
 536           for(Int_t iEntries =0; iEntries < entries; iEntries++) histBG->Fill(x/mass, y);
 537         }
 538       }
 539     }
 540   }
 541
 542   // Fit Aleph-Parameters to the obtained profile
 543   TF1 * funcAlephD = new TF1("AlephParametrizationD", "AliExternalTrackParam::BetheBlochAleph(x,[0],[1],[2],[3],[4])",0.3,10000);
 544   funcAlephD->SetParameters(ini);
 545
 546   TCanvas *CanvCheck2 = new TCanvas();
 547   histBG->Draw();
 548
 549   //FitSlices
 550   TObjArray * arr = new TObjArray();
 551   histBG->FitSlicesY(0,0,-1,0,"QN",arr);
 552   TH1D * fitMean = (TH1D*) arr->At(1);
 553   fitMean->Draw("same");
 554
 555   funcAlephD->SetParLimits(2,1e-3,1e-7);
 556   funcAlephD->SetParLimits(3,0.5,3.5);
 557   funcAlephD->SetParLimits(4,0.5,3.5);
 558   fitMean->Fit(funcAlephD, "QNR");
 559   funcAlephD->Draw("same");
 560
 561   for(Int_t i=0;i<5;i++) ini[i] = funcAlephD->GetParameter(i);
 562
 563   foElectron->SetParameters(ini);
 564   foMuon->SetParameters(ini);
 565   foPion->SetParameters(ini);
 566   foKaon->SetParameters(ini);
 567   foProton->SetParameters(ini);
 568
 569   TCanvas *CanvCheck3 = new TCanvas();
 570   hist->Draw("colz");
 571   foElectron->Draw("same");
 572   foMuon->Draw("same");
 573   foPion->Draw("same");
 574   foKaon->Draw("same");
 575   foProton->Draw("same");
 576
 577   CanvCheck1->Print();
 578   CanvCheck2->Print();
 579   CanvCheck3->Print();
 580
 581   return;
 582
 583
 584 }