TPC/Base/AliTPCCalibVdrift.cxx

   1 /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  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():
  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   //  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   //
 101   //  Standard constructor
 102   //
 103
 104   fSensTemp = SensTemp;
 105   fSensPres = SensPres;
 106   if (fSensTemp) {
 107     fTempMap  = new AliTPCTempMap(fSensTemp);
 108   } else {
 109     fTempMap = 0;
 110   }
 111   fSensGasComp = SensGasComp;
 112   fNominalTemp = kNominalTemp;
 113   fNominalPress= kNominalPress;
 114 }
 115
 116 //_____________________________________________________________________________
 117 AliTPCCalibVdrift::AliTPCCalibVdrift(const AliTPCCalibVdrift& source) :
 118   TNamed(source),
 119   fSensTemp(source.fSensTemp),
 120   fSensPres(source.fSensPres),
 121   fTempMap(source.fTempMap),
 122   fSensGasComp(source.fSensGasComp),
 123   fNominalTemp(source.fNominalTemp),    // nominal temperature in Kelvin
 124   fNominalPress(source.fNominalPress)    // nominal pressure    in mbar
 125
 126 {
 127   //
 128   //  Copy constructor
 129   //
 130 }
 131
 132 //_____________________________________________________________________________
 133 AliTPCCalibVdrift& AliTPCCalibVdrift::operator=(const AliTPCCalibVdrift& source){
 134   //
 135   // assignment operator
 136   //
 137   if (&source == this) return *this;
 138   new (this) AliTPCCalibVdrift(source);
 139
 140   return *this;
 141 }
 142
 143 //_____________________________________________________________________________
 144 AliTPCCalibVdrift::~AliTPCCalibVdrift()
 145 {
 146   //
 147   // AliTPCCalibVdrift destructor
 148   //
 149
 150 }
 151
 152 //_____________________________________________________________________________
 153 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetPTRelative(UInt_t absTimeSec, Int_t side){
 154   //
 155   // Get Relative difference of p/T for given time stamp
 156   // absTimeSec - absolute time in secounds
 157   // side: 0 - A side |  1 - C side
 158   //
 159
 160   TTimeStamp tstamp(absTimeSec);
 161
 162   if (!fSensPres||!fSensTemp) return 0;
 163   Double_t pressure = fSensPres->GetValue(tstamp);
 164   TLinearFitter * fitter = fTempMap->GetLinearFitter(3,side,tstamp);
 165   if (!fitter) return 0;
 166   TVectorD vec;
 167   fitter->GetParameters(vec);
 168   delete fitter;
 169   if (vec[0]<10) return 0;
 170   //
 171   //
 172   //
 173   Double_t  temperature = vec[0];  //vec[0] temeperature
 174   Double_t  tpnom       = (fNominalTemp+kKelvin)/(fNominalPress);
 175   Double_t  tpmeasured  = (temperature+kKelvin)/(pressure);
 176   Double_t  result      = (tpmeasured-tpnom)/tpnom;
 177
 178   return result;
 179
 180 }
 181
 182
 183 //_____________________________________________________________________________
 184 Double_t AliTPCCalibVdrift::VdriftLinearHyperplaneApprox(Double_t dE, Double_t dT, Double_t dP, Double_t dCco2, Double_t dCn2)
 185 {
 186   //
 187   // Returns approximated value for the driftvelocity change (in percent)
 188   // based on a Hyperplane approximation (~ Taylorapproximation of 2nd order)
 189   //
 190
 191   Double_t termE   = dE*kdvdE + TMath::Power(dE,2)*kdvdE2nd;
 192   Double_t termT   = dT*kdvdT + TMath::Power(dT,2)*kdvdT2nd;
 193   Double_t termP   = dP*kdvdP + TMath::Power(dP,2)*kdvdP2nd;
 194   Double_t termCo2 = dCco2*kdvdCco2 + TMath::Power(dCco2,2)*kdvdCco22nd;
 195   Double_t termN2  = dCn2*kdvdCn2 + TMath::Power(dCn2,2)*kdvdCn22nd;
 196
 197   Double_t vdChange = termE+termT+termP+termCo2+termN2;
 198
 199   return vdChange;
 200
 201 }
 202
 203 //_____________________________________________________________________________
 204
 205 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetVdriftNominal()
 206 {
 207   // returns nominal Driftvelocity at StandardConditions
 208   return kstdVdrift;
 209 }
 210
 211 //_____________________________________________________________________________
 212
 213 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetVdriftChange(Double_t x, Double_t y, Double_t z, UInt_t absTimeSec)
 214 {
 215   //
 216   // Calculates Vdrift change in percent of Vdrift_nominal
 217   // (under nominal conditions) at x,y,z at absolute time (in sec)
 218   //
 219
 220   TTimeStamp tstamp(absTimeSec);
 221
 222   // Get E-field Value --------------------------
 223   Double_t dE = 0.23; // StandardOffset if CE is set to 100kV
 224
 225   // Get Temperature Value ----------------------
 226   AliTPCTempMap *tempMap = fTempMap;
 227   Double_t dT = 0;
 228   if (fTempMap) {
 229     Double_t tempValue = tempMap->GetTemperature(x, y, z, tstamp);
 230     dT = tempValue + 273.15 - kstdT;
 231   }
 232
 233   // Get Main Pressure Value ---------------------
 234   Double_t dP = 0;
 235   if (fSensPres==0) {
 236     // Just the pressure drop over the TPC height
 237     dP = - krho*kg*y/10000*torrTokPascal;
 238   } else {
 239     // pressure sensors plus additional 0.4mbar overpressure within the TPC
 240     Double_t pressure = fSensPres->GetValue(tstamp) + 0.4;
 241     // calculate pressure drop according to height in TPC and transform to
 242     // TORR (with simplified hydrostatic formula)
 243     dP = (pressure - krho*kg*y/10000) * torrTokPascal - kstdP;
 244   }
 245
 246   // Get GasComposition
 247   // FIXME: include Goofy values for CO2 and N2 conzentration out of OCDB
 248   //        Goofy not yet reliable ...
 249   Double_t dCco2 = 0;
 250   Double_t dCn2 = 0;
 251
 252   // Calculate change in drift velocity in terms of Vdrift_nominal
 253   Double_t vdChange = VdriftLinearHyperplaneApprox(dE, dT, dP, dCco2, dCn2);
 254
 255   return vdChange;
 256
 257 }
 258
 259 //_____________________________________________________________________________
 260
 261 Double_t AliTPCCalibVdrift::GetMeanZVdriftChange(Double_t x, Double_t y, UInt_t absTimeSec)
 262 {
 263   //
 264   // Calculates Meanvalue in z direction of Vdrift change in percent
 265   // of Vdrift_nominal (under standard conditions) at position x,y,absTimeSec
 266   // with help of 'nPopints' base points
 267   //
 268
 269   Int_t nPoints = 5;
 270
 271   Double_t vdriftSum = 0;
 272
 273   for (Int_t i = 0; i<nPoints; i++) {
 274     Double_t z = (Double_t)i/(nPoints-1)*500-250;
 275     vdriftSum = vdriftSum + GetVdriftChange(x, y, z, absTimeSec);
 276   }
 277
 278   Double_t meanZVdrift = vdriftSum/nPoints;
 279
 280   return meanZVdrift;
 281
 282 }
 283
 284 //_____________________________________________________________________________
 285
 286 TGraph *AliTPCCalibVdrift::MakeGraphMeanZVdriftChange(Double_t x, Double_t y, Int_t nPoints)
 287 {
 288   //
 289   // Make graph from start time to end time of Mean Drift Velocity in
 290   // Z direction at given x and y position
 291   //
 292
 293   UInt_t startTime = fSensTemp->GetStartTime();
 294   UInt_t endTime = fSensTemp->GetEndTime();
 295
 296   UInt_t stepTime = (endTime - startTime)/nPoints;
 297
 298
 299   Double_t *xvec = new Double_t[nPoints];
 300   Double_t *yvec = new Double_t[nPoints];
 301
 302   for (Int_t ip=0; ip<nPoints; ip++) {
 303     xvec[ip] = startTime+ip*stepTime;
 304     yvec[ip] = GetMeanZVdriftChange(x, y, fSensTemp->GetStartTime().GetSec() + ip*stepTime);
 305   }
 306
 307   TGraph *graph = new TGraph(nPoints,xvec,yvec);
 308
 309   delete [] xvec;
 310   delete [] yvec;
 311
 312   graph->GetXaxis()->SetTimeDisplay(1);
 313   graph->GetXaxis()->SetLabelOffset(0.02);
 314   graph->GetXaxis()->SetTimeFormat("#splitline{%d/%m}{%H:%M}");
 315
 316   return graph;
 317 }