Le laboratoire d'électronique instrumentale a la charge de développer des systèmes électroniques destinés à asservir, contrôler/commander ou sécuriser des équipements pour la recherche en physique.
Le LEI est structuré pour répondre aux différentes étapes d'un projet électronique, dans le cadre de travaux internationaux de recherche :
- Phase d'avant-projet avec les études de faisabilité et de coût pour évaluer la viabilité des futurs dispositifs.
- Spécifications et architectures pour définir les ensembles à développer
- Conception des dispositifs électroniques.
- Sous-traitance des réalisations, intégration, tests et recettes.
- Installation et mise au point sur site en France ou l'étranger.
Les ressources et les moyens du LEI
Activités principales :
- Conception de cartes et ensembles électroniques analogiques (fréquences inférieures à 100MHz) et numériques.
- Conception de « system on a chip » implantés dans des FPGA (Field Programmable Gate Array) mixant :
- De la logique.
- Un ou deux microprocesseurs avec ou sans « operating system » .
- Des fonctions de traitements du signal.
La programmation est réalisée dans les langages VHDL et C.
- Étude et réalisation de systèmes pour la protection des aimants supraconducteurs (Magnet Safety System – MSS) pour les stations de tests des aimants ou les expériences de physique
- Développement d'appareils autonomes, incluant une partie logiciel embarqué et/ou informatique, à partir de standards industriels comme le VME, le PCI/PXI.
- Développement d'ensembles électroniques avec informatique embarquée communiquant sur bus de terrain.
- Étude et intégration de dispositifs complexes de mesure basés sur l'utilisation de matériels industriel.
- Conception mécanique appliqué au conditionnement des ensembles électroniques, étude du placement/routage en 3D et réalisation de câblages/collages spéciaux de capteurs (cryogénie).
Vue d’une baie Low level RF du projet SPIRAL 2 et des principaux sous-ensembles matériels et logiciels. Un total de 5 baies est déployé le long du LINAC
Quelques exemples de réalisations
Spiral 2 LLRF
Le LEI réalise le Low level RF (LLRF) des 33 cavités du Linac Spiral 2 implanté au Ganil à Caen. La fréquence machine est égale à 88.0525 MHz. L’objectif principal est la régulation de l’amplitude et de la phase des champs accélérateurs dans les cavités avec des précisions de ± 1% et ± 0.5°.
Pour chaque cavité, le cœur du système est fondé sur deux cartes au format VME64x :
- Une carte numérique incluant un FPGA Virtex 5 destinée aux calculs intensifs comme la régulation du champ dans une cavité
- Une carte analogique réalisant les traitements analogiques RF comme les conversions analogiques/numériques avec une gigue inférieure à 1 pS.
MSS du projet JT60 SA et MSS du projet Iseult
Parmi ses diverses activités, le LEI est un laboratoire spécialisé dans la conception de Magnet Safety System (MSS) pour la protection des aimants supraconducteurs
Voici les principaux jalons de réalisations en cours de fonctionnement :
- 1999: Réalisation d’un MSS de 1ière génération pour la station d’essais des bobines W7X.
- 200x: Développement de la 2ième génération de MSS pour les stations de tests du projet ISEULT, l’arc d'aimants supraconducteurs de la ligne faisceau T2K au J-PARC (Japon) et l’aimant R3B de l’expérience FAIR (DESY–Allemagne).
Aujourd’hui, les développements des MSS de dernières générations sont caractérisés par des spécifications dont les exigences augmentent. Le MSS pour l’aimant de l’IRM médical ISEULT (installation prévue début 2014) nécessite des isolations à 8kV et un haut niveau de fiabilité pour garantir la sureté de fonctionnement. Le MSS pour la station d’essais JT-60SA (début des essais mi-2014) est isolé à 6 kV et est un système générique utilisable pour différents types d’aimants, comme l’aimant haut champ LNCMI pour Grenoble (installation en 2015). Il intègre les outils de supervision à distance Muscade® également déployés sur les installations.
Vue du MSS installé sur la ligne faisceau T2K au J-PARC (Japon)
Vue d’un châssis ASNET ouvert et des cartes électroniques MIVA et MAD
ASNET
L’ASNET est un châssis au format PCI pour l’acquisition synchronisée et parallèle d’un grand nombre de voies de mesures analogiques et numériques.
- 16 voies analogiques par carte PCI MIVA
- 32 voies numériques par carte PCI MAD
- Le nom maximum de cartes par châssis est de 8.
- La fréquence d’échantillonnage maximum est de 50 kHz.
L’ASNET fonctionne en mode buffer tournant avec les fonctions PRE-TRIG et POST-TRIG. Il est également connectable sur les bus de terrain Profinet ou Profibus pour la mise à disposition des données. La principale application concerne l’acquisition des informations produites par un MSS et l’installation associée.
BORANET
Le BORANET est une centrale de conditionnement intelligente conçue par le SIS, pour répondre aux besoins instrumentaux spécifiques des expériences de physique auxquelles l’Irfu participe. Ce dispositif regroupe les fonctions générales suivantes :
- Conditionnement de capteurs, de signaux analogiques et de signaux TOR.
- Mise à disposition des informations sur un réseau de terrain Profibus DP ou Profinet.
- Gestion et configuration du dispositif BORANET depuis un poste informatique distant via une connexion Ethernet.
- Mise à disposition des informations pour le système d’acquisition ASNET.
Vue de la centrale d’acquisition BORANET modélisée avec le logiciel INVENTOR et de cartes électronique intégrées dans ce châssis.
