TPC/AliTPCCalibVdrift.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 2006-07, 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  *                                                                        *
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   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     *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
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  16
  17 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  18 //                                                                           //
  19 // Class describing the Vdrift dependencies on E,T,P and GasComposition      //
  20 // Authors: Stefan Rossegger, Haavard Helstrup                               //
  21 //                                                                           //
  22 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  23
  24 #include "TSystem.h"
  25 #include "TObject.h"
  26 #include "TMath.h"
  27 #include "AliTPCTempMap.h"
  28 #include "AliTPCSensorTempArray.h"
  29
  30 #include "AliTPCCalibVdrift.h"
  31
  32 ClassImp(AliTPCCalibVdrift)
  33
  34 namespace paramDefinitions {
  35
  36   // Standard Conditions used as origin in the Magbolz simulations
  37   // Dimesions E [kV/cm], T [K], P [TORR], Cco2 [%], Cn2 [%]
  38   const Double_t kstdE = 400;
  39   const Double_t kstdT = 293;
  40   const Double_t kstdP = 744;
  41   const Double_t kstdCco2 = 9.52;
  42   const Double_t kstdCn2 = 4.76;
  43   // Driftvelocity at Standardcontitions [cm/microSec]
  44   const Double_t kstdVdrift = 2.57563;
  45
  46   // Vdrift dependencies simulated with Magbolz [%(Vdrift)/[unit]]
  47   const Double_t kdvdE = 0.24;
  48   const Double_t kdvdT = 0.30;
  49   const Double_t kdvdP = -0.13;
  50   const Double_t kdvdCco2 = -6.60;
  51   const Double_t kdvdCn2 = -1.74;
  52   // 2nd order effect Taylor expansion
  53   const Double_t kdvdE2nd = -0.00107628;
  54   const Double_t kdvdT2nd = -0.00134441;
  55   const Double_t kdvdP2nd = 0.000135325;
  56   const Double_t kdvdCco22nd = 0.328761;
  57   const Double_t kdvdCn22nd = 0.151605;
  58
  59   const Double_t torrTokPascal = 0.750061683;
  60
  61   Double_t krho = 0.934246; // density of TPC-Gas [kg/m^3]
  62                             // method of calculation: weighted average
  63   Double_t kg = 9.81;
  64
  65   //
  66   // Nominal value obtained from 2008 data
  67   //
  68   const Double_t kKelvin       =273.15; // degree to Kelvin
  69   const Double_t kNominalTemp  =19.03;  // mean between A and C side  in degree
  70   const Double_t kNominalPress =973.9;  // pressure sensor - in mbar-
  71                                         // calibDB->GetPressure(tstamp,irun,1)
  72 }
  73
  74
  75 using namespace paramDefinitions;
  76
  77 AliTPCCalibVdrift::AliTPCCalibVdrift(AliTPCSensorTempArray *SensTemp, AliDCSSensor *SensPres, TObject *SensGasComp):
  78   TNamed(),
  79   fSensTemp(0),
  80   fSensPres(0),
  81   fTempMap(0),
  82   fSensGasComp(0),
  83   fNominalTemp(0),    // nominal temperature in Kelvin
  84   fNominalPress(0)    // nominal pressure    in mbar
  85 {
  86   //
  87   //  Standard constructor
  88   //
  89
  90   fSensTemp = SensTemp;
  91   fSensPres = SensPres;
  92   if (fSensTemp) {
  93     fTempMap  = new AliTPCTempMap(fSensTemp);
  94   } else {
  95     fTempMap = 0;
  96   }
  97   fSensGasComp = SensGasComp;
  98   fNominalTemp = kNominalTemp;
  99   fNominalPress= kNominalPress;
 100 }
 101
 102 //_____________________________________________________________________________
 103 AliTPCCalibVdrift::AliTPCCalibVdrift(const AliTPCCalibVdrift& source) :
 104   TNamed(source),
 105   fSensTemp(source.fSensTemp),
 106   fSensPres(source.fSensPres),
 107   fTempMap(source.fTempMap),
 108   fSensGasComp(source.fSensGasComp),
 109   fNominalTemp(source.fNominalTemp),    // nominal temperature in Kelvin
 110   fNominalPress(source.fNominalPress)    // nominal pressure    in mbar
 111
 112 {
 113   //
 114   //  Copy constructor
 115   //
 116 }
 117
 118 //_____________________________________________________________________________
 119 AliTPCCalibVdrift& AliTPCCalibVdrift::operator=(const AliTPCCalibVdrift& source){
 120   //
 121   // assignment operator
 122   //
 123   if (&source == this) return *this;
 124   new (this) AliTPCCalibVdrift(source);
 125
 126   return *this;
 127 }
 128
 129 //_____________________________________________________________________________
 130 AliTPCCalibVdrift::~AliTPCCalibVdrift()
 131 {
 132   //
 133   // AliTPCCalibVdrift destructor
 134   //
 135
 136 }
 137
 138 //_____________________________________________________________________________
 139 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetPTRelative(UInt_t absTimeSec, Int_t side){
 140   //
 141   // Get Relative difference of p/T for given time stamp
 142   // absTimeSec - absolute time in secounds
 143   // side: 0 - A side |  1 - C side
 144   //
 145
 146   TTimeStamp tstamp(absTimeSec);
 147
 148   if (!fSensPres||!fSensTemp) return 0;
 149   Double_t pressure = fSensPres->GetValue(tstamp);
 150   TLinearFitter * fitter = fTempMap->GetLinearFitter(3,side,tstamp);
 151   if (!fitter) return 0;
 152   TVectorD vec;
 153   fitter->GetParameters(vec);
 154   delete fitter;
 155   if (vec[0]<10) return 0;
 156   //
 157   //
 158   //
 159   Double_t  temperature = vec[0];  //vec[0] temeperature
 160   Double_t  tpnom       = (fNominalTemp+kKelvin)/(fNominalPress);
 161   Double_t  tpmeasured  = (temperature+kKelvin)/(pressure);
 162   Double_t  result      = (tpmeasured-tpnom)/tpnom;
 163
 164   return result;
 165
 166 }
 167
 168
 169 //_____________________________________________________________________________
 170 Double_t AliTPCCalibVdrift::VdriftLinearHyperplaneApprox(Double_t dE, Double_t dT, Double_t dP, Double_t dCco2, Double_t dCn2)
 171 {
 172   //
 173   // Returns approximated value for the driftvelocity change (in percent)
 174   // based on a Hyperplane approximation (~ Taylorapproximation of 2nd order)
 175   //
 176
 177   Double_t termE   = dE*kdvdE + TMath::Power(dE,2)*kdvdE2nd;
 178   Double_t termT   = dT*kdvdT + TMath::Power(dT,2)*kdvdT2nd;
 179   Double_t termP   = dP*kdvdP + TMath::Power(dP,2)*kdvdP2nd;
 180   Double_t termCo2 = dCco2*kdvdCco2 + TMath::Power(dCco2,2)*kdvdCco22nd;
 181   Double_t termN2  = dCn2*kdvdCn2 + TMath::Power(dCn2,2)*kdvdCn22nd;
 182
 183   Double_t vdChange = termE+termT+termP+termCo2+termN2;
 184
 185   return vdChange;
 186
 187 }
 188
 189 //_____________________________________________________________________________
 190
 191 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetVdriftNominal()
 192 {
 193   // returns nominal Driftvelocity at StandardConditions
 194   return kstdVdrift;
 195 }
 196
 197 //_____________________________________________________________________________
 198
 199 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetVdriftChange(Double_t x, Double_t y, Double_t z, UInt_t absTimeSec)
 200 {
 201   //
 202   // Calculates Vdrift change in percent of Vdrift_nominal
 203   // (under nominal conditions) at x,y,z at absolute time (in sec)
 204   //
 205
 206   TTimeStamp tstamp(absTimeSec);
 207
 208   // Get E-field Value --------------------------
 209   Double_t dE = 0.23; // StandardOffset if CE is set to 100kV
 210
 211   // Get Temperature Value ----------------------
 212   AliTPCTempMap *tempMap = fTempMap;
 213   Double_t dT = 0;
 214   if (fTempMap) {
 215     Double_t tempValue = tempMap->GetTemperature(x, y, z, tstamp);
 216     dT = tempValue + 273.15 - kstdT;
 217   }
 218
 219   // Get Main Pressure Value ---------------------
 220   Double_t dP = 0;
 221   if (fSensPres==0) {
 222     // Just the pressure drop over the TPC height
 223     dP = - krho*kg*y/10000*torrTokPascal;
 224   } else {
 225     // pressure sensors plus additional 0.4mbar overpressure within the TPC
 226     Double_t pressure = fSensPres->GetValue(tstamp) + 0.4;
 227     // calculate pressure drop according to height in TPC and transform to
 228     // TORR (with simplified hydrostatic formula)
 229     dP = (pressure - krho*kg*y/10000) * torrTokPascal - kstdP;
 230   }
 231
 232   // Get GasComposition
 233   // FIXME: include Goofy values for CO2 and N2 conzentration out of OCDB
 234   //        Goofy not yet reliable ...
 235   Double_t dCco2 = 0;
 236   Double_t dCn2 = 0;
 237
 238   // Calculate change in drift velocity in terms of Vdrift_nominal
 239   Double_t vdChange = VdriftLinearHyperplaneApprox(dE, dT, dP, dCco2, dCn2);
 240
 241   return vdChange;
 242
 243 }
 244
 245 //_____________________________________________________________________________
 246
 247 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetMeanZVdriftChange(Double_t x, Double_t y, UInt_t absTimeSec)
 248 {
 249   //
 250   // Calculates Meanvalue in z direction of Vdrift change in percent
 251   // of Vdrift_nominal (under standard conditions) at position x,y,absTimeSec
 252   // with help of 'nPopints' base points
 253   //
 254
 255   Int_t nPoints = 5;
 256
 257   Double_t vdriftSum = 0;
 258
 259   for (Int_t i = 0; i<nPoints; i++) {
 260     Double_t z = (Double_t)i/(nPoints-1)*500-250;
 261     vdriftSum = vdriftSum + GetVdriftChange(x, y, z, absTimeSec);
 262   }
 263
 264   Double_t meanZVdrift = vdriftSum/nPoints;
 265
 266   return meanZVdrift;
 267
 268 }
 269
 270 //_____________________________________________________________________________
 271
 272 TGraph *AliTPCCalibVdrift::MakeGraphMeanZVdriftChange(Double_t x, Double_t y, Int_t nPoints)
 273 {
 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
 279   UInt_t startTime = fSensTemp->GetStartTime();
 280   UInt_t endTime = fSensTemp->GetEndTime();
 281
 282   UInt_t stepTime = (endTime - startTime)/nPoints;
 283
 284
 285   Double_t *xvec = new Double_t[nPoints];
 286   Double_t *yvec = new Double_t[nPoints];
 287
 288   for (Int_t ip=0; ip<nPoints; ip++) {
 289     xvec[ip] = startTime+ip*stepTime;
 290     yvec[ip] = GetMeanZVdriftChange(x, y, fSensTemp->GetStartTime().GetSec() + ip*stepTime);
 291   }
 292
 293   TGraph *graph = new TGraph(nPoints,xvec,yvec);
 294
 295   delete [] xvec;
 296   delete [] yvec;
 297
 298   graph->GetXaxis()->SetTimeDisplay(1);
 299   graph->GetXaxis()->SetLabelOffset(0.02);
 300   graph->GetXaxis()->SetTimeFormat("#splitline{%d/%m}{%H:%M}");
 301
 302   return graph;
 303 }