TPC/TPCbase/AliTPCCalibVdrift.cxx

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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16
  17 /// \class AliTPCCalibVdrift
  18 ///
  19 /// Class describing the Vdrift dependencies on E,T,P and GasComposition
  20 ///
  21 /// \author Stefan Rossegger, Haavard Helstrup
  22
  23 #include "TSystem.h"
  24 #include "TObject.h"
  25 #include "TMath.h"
  26 #include "AliTPCTempMap.h"
  27 #include "AliTPCSensorTempArray.h"
  28
  29 #include "AliTPCCalibVdrift.h"
  30
  31 /// \cond CLASSIMP
  32 ClassImp(AliTPCCalibVdrift)
  33 /// \endcond
  34
  35 namespace paramDefinitions {
  36
  37   // Standard Conditions used as origin in the Magbolz simulations
  38   // Dimesions E [kV/cm], T [K], P [TORR], Cco2 [%], Cn2 [%]
  39   const Double_t kstdE = 400;
  40   const Double_t kstdT = 293;
  41   const Double_t kstdP = 744;
  42   const Double_t kstdCco2 = 9.52;
  43   const Double_t kstdCn2 = 4.76;
  44   // Driftvelocity at Standardcontitions [cm/microSec]
  45   const Double_t kstdVdrift = 2.57563;
  46
  47   // Vdrift dependencies simulated with Magbolz [%(Vdrift)/[unit]]
  48   const Double_t kdvdE = 0.24;
  49   const Double_t kdvdT = 0.30;
  50   const Double_t kdvdP = -0.13;
  51   const Double_t kdvdCco2 = -6.60;
  52   const Double_t kdvdCn2 = -1.74;
  53   // 2nd order effect Taylor expansion
  54   const Double_t kdvdE2nd = -0.00107628;
  55   const Double_t kdvdT2nd = -0.00134441;
  56   const Double_t kdvdP2nd = 0.000135325;
  57   const Double_t kdvdCco22nd = 0.328761;
  58   const Double_t kdvdCn22nd = 0.151605;
  59
  60   const Double_t torrTokPascal = 0.750061683;
  61
  62   Double_t krho = 0.934246; // density of TPC-Gas [kg/m^3]
  63                             // method of calculation: weighted average
  64   Double_t kg = 9.81;
  65
  66   //
  67   // Nominal value obtained from 2008 data
  68   //
  69   const Double_t kKelvin       =273.15; // degree to Kelvin
  70   const Double_t kNominalTemp  =19.03;  // mean between A and C side  in degree
  71   const Double_t kNominalPress =973.9;  // pressure sensor - in mbar-
  72                                         // calibDB->GetPressure(tstamp,irun,1)
  73 }
  74
  75
  76 using namespace paramDefinitions;
  77
  78 AliTPCCalibVdrift::AliTPCCalibVdrift():
  79   TNamed(),
  80   fSensTemp(0),
  81   fSensPres(0),
  82   fTempMap(0),
  83   fSensGasComp(0),
  84   fNominalTemp(0),    // nominal temperature in Kelvin
  85   fNominalPress(0)    // nominal pressure    in mbar
  86 {
  87   ///  default constructor
  88
  89 }
  90
  91 AliTPCCalibVdrift::AliTPCCalibVdrift(AliTPCSensorTempArray *SensTemp, AliDCSSensor *SensPres, TObject *SensGasComp):
  92   TNamed(),
  93   fSensTemp(0),
  94   fSensPres(0),
  95   fTempMap(0),
  96   fSensGasComp(0),
  97   fNominalTemp(0),    // nominal temperature in Kelvin
  98   fNominalPress(0)    // nominal pressure    in mbar
  99 {
 100   ///  Standard constructor
 101
 102   fSensTemp = SensTemp;
 103   fSensPres = SensPres;
 104   if (fSensTemp) {
 105     fTempMap  = new AliTPCTempMap(fSensTemp);
 106   } else {
 107     fTempMap = 0;
 108   }
 109   fSensGasComp = SensGasComp;
 110   fNominalTemp = kNominalTemp;
 111   fNominalPress= kNominalPress;
 112 }
 113
 114 //_____________________________________________________________________________
 115 AliTPCCalibVdrift::AliTPCCalibVdrift(const AliTPCCalibVdrift& source) :
 116   TNamed(source),
 117   fSensTemp(source.fSensTemp),
 118   fSensPres(source.fSensPres),
 119   fTempMap(source.fTempMap),
 120   fSensGasComp(source.fSensGasComp),
 121   fNominalTemp(source.fNominalTemp),    // nominal temperature in Kelvin
 122   fNominalPress(source.fNominalPress)    // nominal pressure    in mbar
 123
 124 {
 125   ///  Copy constructor
 126
 127 }
 128
 129 //_____________________________________________________________________________
 130 AliTPCCalibVdrift& AliTPCCalibVdrift::operator=(const AliTPCCalibVdrift& source){
 131   /// assignment operator
 132
 133   if (&source == this) return *this;
 134   new (this) AliTPCCalibVdrift(source);
 135
 136   return *this;
 137 }
 138
 139 //_____________________________________________________________________________
 140 AliTPCCalibVdrift::~AliTPCCalibVdrift()
 141 {
 142   /// AliTPCCalibVdrift destructor
 143
 144 }
 145
 146 //_____________________________________________________________________________
 147 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetPTRelative(UInt_t absTimeSec, Int_t side){
 148   /// Get Relative difference of p/T for given time stamp
 149   /// absTimeSec - absolute time in secounds
 150   /// side: 0 - A side |  1 - C side
 151
 152   TTimeStamp tstamp(absTimeSec);
 153
 154   if (!fSensPres||!fSensTemp) return 0;
 155   Double_t pressure = fSensPres->GetValue(tstamp);
 156   TLinearFitter * fitter = fTempMap->GetLinearFitter(3,side,tstamp);
 157   if (!fitter) return 0;
 158   TVectorD vec;
 159   fitter->GetParameters(vec);
 160   delete fitter;
 161   if (vec[0]<10) return 0;
 162   //
 163   //
 164   //
 165   Double_t  temperature = vec[0];  //vec[0] temeperature
 166   Double_t  tpnom       = (fNominalTemp+kKelvin)/(fNominalPress);
 167   Double_t  tpmeasured  = (temperature+kKelvin)/(pressure);
 168   Double_t  result      = (tpmeasured-tpnom)/tpnom;
 169
 170   return result;
 171
 172 }
 173
 174
 175 //_____________________________________________________________________________
 176 Double_t AliTPCCalibVdrift::VdriftLinearHyperplaneApprox(Double_t dE, Double_t dT, Double_t dP, Double_t dCco2, Double_t dCn2)
 177 {
 178   /// Returns approximated value for the driftvelocity change (in percent)
 179   /// based on a Hyperplane approximation (~ Taylorapproximation of 2nd order)
 180
 181   Double_t termE   = dE*kdvdE + TMath::Power(dE,2)*kdvdE2nd;
 182   Double_t termT   = dT*kdvdT + TMath::Power(dT,2)*kdvdT2nd;
 183   Double_t termP   = dP*kdvdP + TMath::Power(dP,2)*kdvdP2nd;
 184   Double_t termCo2 = dCco2*kdvdCco2 + TMath::Power(dCco2,2)*kdvdCco22nd;
 185   Double_t termN2  = dCn2*kdvdCn2 + TMath::Power(dCn2,2)*kdvdCn22nd;
 186
 187   Double_t vdChange = termE+termT+termP+termCo2+termN2;
 188
 189   return vdChange;
 190
 191 }
 192
 193 //_____________________________________________________________________________
 194
 195 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetVdriftNominal()
 196 {
 197   /// returns nominal Driftvelocity at StandardConditions
 198
 199   return kstdVdrift;
 200 }
 201
 202 //_____________________________________________________________________________
 203
 204 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetVdriftChange(Double_t x, Double_t y, Double_t z, UInt_t absTimeSec)
 205 {
 206   /// Calculates Vdrift change in percent of Vdrift_nominal
 207   /// (under nominal conditions) at x,y,z at absolute time (in sec)
 208
 209   TTimeStamp tstamp(absTimeSec);
 210
 211   // Get E-field Value --------------------------
 212   Double_t dE = 0.23; // StandardOffset if CE is set to 100kV
 213
 214   // Get Temperature Value ----------------------
 215   AliTPCTempMap *tempMap = fTempMap;
 216   Double_t dT = 0;
 217   if (fTempMap) {
 218     Double_t tempValue = tempMap->GetTemperature(x, y, z, tstamp);
 219     dT = tempValue + 273.15 - kstdT;
 220   }
 221
 222   // Get Main Pressure Value ---------------------
 223   Double_t dP = 0;
 224   if (fSensPres==0) {
 225     // Just the pressure drop over the TPC height
 226     dP = - krho*kg*y/10000*torrTokPascal;
 227   } else {
 228     // pressure sensors plus additional 0.4mbar overpressure within the TPC
 229     Double_t pressure = fSensPres->GetValue(tstamp) + 0.4;
 230     // calculate pressure drop according to height in TPC and transform to
 231     // TORR (with simplified hydrostatic formula)
 232     dP = (pressure - krho*kg*y/10000) * torrTokPascal - kstdP;
 233   }
 234
 235   // Get GasComposition
 236   // FIXME: include Goofy values for CO2 and N2 conzentration out of OCDB
 237   //        Goofy not yet reliable ...
 238   Double_t dCco2 = 0;
 239   Double_t dCn2 = 0;
 240
 241   // Calculate change in drift velocity in terms of Vdrift_nominal
 242   Double_t vdChange = VdriftLinearHyperplaneApprox(dE, dT, dP, dCco2, dCn2);
 243
 244   return vdChange;
 245
 246 }
 247
 248 //_____________________________________________________________________________
 249
 250 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetMeanZVdriftChange(Double_t x, Double_t y, UInt_t absTimeSec)
 251 {
 252   /// Calculates Meanvalue in z direction of Vdrift change in percent
 253   /// of Vdrift_nominal (under standard conditions) at position x,y,absTimeSec
 254   /// with help of 'nPopints' base points
 255
 256   Int_t nPoints = 5;
 257
 258   Double_t vdriftSum = 0;
 259
 260   for (Int_t i = 0; i<nPoints; i++) {
 261     Double_t z = (Double_t)i/(nPoints-1)*500-250;
 262     vdriftSum = vdriftSum + GetVdriftChange(x, y, z, absTimeSec);
 263   }
 264
 265   Double_t meanZVdrift = vdriftSum/nPoints;
 266
 267   return meanZVdrift;
 268
 269 }
 270
 271 //_____________________________________________________________________________
 272
 273 TGraph *AliTPCCalibVdrift::MakeGraphMeanZVdriftChange(Double_t x, Double_t y, Int_t nPoints)
 274 {
 275   /// Make graph from start time to end time of Mean Drift Velocity in
 276   /// Z direction at given x and y position
 277
 278   UInt_t startTime = fSensTemp->GetStartTime();
 279   UInt_t endTime = fSensTemp->GetEndTime();
 280
 281   UInt_t stepTime = (endTime - startTime)/nPoints;
 282
 283
 284   Double_t *xvec = new Double_t[nPoints];
 285   Double_t *yvec = new Double_t[nPoints];
 286
 287   for (Int_t ip=0; ip<nPoints; ip++) {
 288     xvec[ip] = startTime+ip*stepTime;
 289     yvec[ip] = GetMeanZVdriftChange(x, y, fSensTemp->GetStartTime().GetSec() + ip*stepTime);
 290   }
 291
 292   TGraph *graph = new TGraph(nPoints,xvec,yvec);
 293
 294   delete [] xvec;
 295   delete [] yvec;
 296
 297   graph->GetXaxis()->SetTimeDisplay(1);
 298   graph->GetXaxis()->SetLabelOffset(0.02);
 299   graph->GetXaxis()->SetTimeFormat("#splitline{%d/%m}{%H:%M}");
 300
 301   return graph;
 302 }