Desarrollo de un modelo de alta frecuencia de un cable multiservicio del detector de pixeles - Fase 2 del experimento CMS del CERN

Alberto Moyses, Adilson
Arcega Solsona, Francisco Javier (dir.) ; Arteche González, Fernando José (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2020
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Área de Ingeniería Eléctrica

Máster Universitario en Ingeniería Industrial

Resumen: En este trabajo se recoge el proceso de caracterización de un cable multiservicio de la nueva generación de detectores de pixeles previsto para la actualización del experimento Compact Moun Solenoid (CMS) del acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) situado en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). Este cable de estructura compleja es el encargado de llevar la potencia, la tensión de polarización así como las señales de control al corazón del detector a lo largo de varias decenas de metros. Dicha caracterización, que se ha llevado a cabo mediante simulación y con medidas reales, tiene por objeto la obtención de sus parámetros por unidad de longitud (matrices de inductancia, capacidad y resistencia) que permitan estudiar la propagación del ruido de alta frecuencia a lo largo de dicho cable.
En el proceso de caracterización se identificaron todos los elementos principales del cable a partir de secciones del mismo que se han modelado por Ansys electromagentics y a partir de medidas reales que se han realizado en un prototipo real suministrado por el CERN.
En el proceso de medida de los parámetros eléctricos se utilizaron los equipos del Departamento de Ingeniería Eléctrica aplicando los montajes recogidos en documentaciones científicas. Al ser un cable multiconductor complejo compuesto por 36 cables más una pantalla, fueron necesarios 1369 montajes para la obtención de las matrices R, L y C. Cada una de las medidas fueron tomadas a 200 y 300 kHz. Se identificaron posibles fuentes de error humano en las medidas, llegando cuantificar el orden de magnitud en algunos de los casos. La obtención de todos los parámetros es un proceso laborioso y el tratamiento de los resultados requiere el uso de programación debido a que es inviable el tratamiento de los datos a mano.
En el proceso de modelado se realizaron diferentes modelos 2D tanto con las cotas nominales recogidas en los informes de diseño del prototipo como con las cotas reales medidas en laboratorio, parametrizando todas las variables geométricas. Se desarrollaron modelos 2D donde se consideró el efecto del trenzado en diferentes grupos de conductores, obteniendo un error medio aceptable. Se realizaron modelos 3D considerando también los diferentes trenzados de los conductores.
Para concluir el presente trabajo, a partir de los parámetros obtenidos, se ha analizado el efecto de acoplamiento del ruido de modo común generado por las fuentes conmutadas asociadas al detector de pixeles a lo largo del cable multiservicio. Mediante este estudio se comprobó la validez del uso de modelos 2D para el cálculo de un caso de propagación del ruido, obteniendo un error medio entre 3,38 dB y 10,48 dB en los casos estudiados.
Finalmente cabe mencionar que la caracterización de modelos y el cálculo de propagación de ruido en cables es algo recogido en bibliografía especializada y que ya existe actualmente, sin embargo es la primera vez que se realiza este estudio en un cable multiservicios de 36 conductores destinados a un experimento de física de altas energías mediante simulación numérica y cuantificando el grado de error del modelo simulado respecto a los valores reales

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master