40m QIL Cryo_Lab CTN SUS_Lab TCS_Lab OMC_Lab CRIME_Lab FEA ENG_Labs OptContFac Mariner WBEEShop
  Coating Ring-down Measurement Lab elog, Page 2 of 18  Not logged in ELOG logo
    Reply  Tue Sep 27 14:54:53 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Epics values now saved to frames 
Apparently, there was a mismatch in the configuration, and DAQD was adding a wonderful 16 Hz comb all over the spectrum.

I stopped the processes, but couldn't restart x3cr1. It turned out that I can't save a channel to frames with a sampling frequency lower
than 256 Hz. I changed the model, recompiled and restarted. Now the 16 Hz is gone.
Entry  Fri Oct 21 15:27:15 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Removed low pass filter in SUM Screenshot.png
I removed the low pass filter in the QPD SUM signal, used for normalization. This reduced a lot the bump at ~20kHz due to laser intensity noise.

I also switched off the 500 Hz high pass filters in the X_NORM and Y_NORM signals.
Entry  Fri Nov 4 08:13:25 2016, Gabriele, Electronics, General, Power outage? 
This morning I found the cymac and the workstation rebooted, so I suspected a power cut in the last days. However, the function generator and the power
supply for the QPD were off. So somebody must have turned them off.

Please write those actions in the elog!
Entry  Fri Nov 4 11:31:11 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Autocenter control and model modifications Screenshot-Untitled_Window.png
Removed the peak meter lock from the model, since it's not used

Added and EPICS binary bit to control the autocenter, added corresponding buttons to the MEDM screen.

Now the GUI stops the autocentering when acquiring the reference spectrum.
Entry  Thu Nov 10 14:13:34 2016, gabriele, Electronics, Configuration, MATLAB code to control Thorlabs stages move_complete.mthrolabs_activex.manimation.mdraw_wafer.m
To be used to automate the laser polishing.
Entry  Tue Nov 22 08:21:35 2016, Gabriele, Electronics, Characterization, ADC saturation 10x
Last night measurements didn't work well: even without exciting the modes, the ADC was saturating because of the low frequency signal, particularly
a 58 Hz peak:

Entry  Tue Nov 29 17:06:13 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Changed whitening filters of four more boards 
I modified four more QPD boards to implement the new whitening filters detailed in elog 207.
Entry  Mon Dec 5 10:39:16 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue 
For a long time I had problems with the GPS time in frames being different from the real one.

This morning I rebooted the cymac3 and swapped the function generator with a new one.

I tested the GPS time in frames by switching on teh ESD noise at a given GPS time and checking the frames. The times are aligned.
Entry  Mon Dec 5 16:35:05 2016, Gabriele, Electronics, General, High voltage relais 2016-12-05_16.06.51.jpg2016-12-05_16.18.56.jpg2016-12-05_16.18.49.jpg
We want to be able to drive any combination of the four samples in the new setup, by using only one HV amplifier.

So I designed and built a remotely controlled relay box: one HV input and four HV outputs, controlled by four relais. The relais can be switched
using a logic signal coming from DAC channels.
    Reply  Tue Dec 6 09:02:17 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue 
Things seems to be worse now. This morning I injected noise at GPS 1165078533 (real time, as obtained from the python command line, and consistent with
what displayed in the MEDM screen) and found the injection in the data at GPS 1165078555, so 22 seconds later...

    Reply  Tue Dec 6 10:38:19 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue Screenshot.pnggps_time_offset.png

Now the time difference is about 30 seconds. It seems that the real time model is about 29 seconds advanced with respect to the GPS time one
gets from a python script command running on the cymac3
    Reply  Tue Dec 6 11:22:58 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue Screenshot-3.png
I swapped the SR signal generator with an Agilent 33210A. Shut down and restarted the cymac3. Now the command line GPS and the IOP model GPS are aligned
within one second. Let's see if it stays this way.
    Reply  Tue Dec 6 16:55:51 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue Screenshot.png
Update at 5pm, GPS times are still in sync.

    Reply  Wed Dec 7 08:14:05 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue Screenshot-1.png
Unfortunately, this morning the model time is again wrong...

Entry  Wed Dec 7 08:48:13 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Auto center state written directly to data 
I modified the autocenter script. Now while the picomotor is moving, the variable X3:CR1-AUTOCENTER takes the value 1, otherwise it is 0.
    Reply  Wed Dec 7 16:27:11 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue 
I put back the Stanford Reserch signal generator. On a scope, the timing signal looks good. There is a small ripple and some noise in the flat parts.
I found that when I unplug the DAC timing cable, the ripple and the noise goes away. 

I'm leaving the DAC timing unplugged for the night, and I'm using a script to track the difference between the machine time and the front-end
    Reply  Thu Dec 8 09:26:10 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Trying to debug GPS time issue figure_1.pngfigure_1.png
For the last ~day the difference between the frontend GPS time and the machine GPS time remained constant between -1 and -2 seconds

I reconnected the DAC timing cable at
Entry  Thu Dec 8 15:32:04 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Timing issue: is it a DAC issue? 6x
My previous test showed that the timing drift was somehow related to the output of the
signal generator being connected to the DAC.

Some more findings follow. When the CyMAC is powered down, the timing sent to the DAC is highly distorted. It stays the same even when I power
    Reply  Mon Dec 12 14:15:53 2016, Gabriele, Electronics, Configuration, Timing issue: is it a DAC issue? dac_spectra.png
I swapped the DAC with another one, but I see the same behavior in the output signal. Here's a spectrum of the DAC output, with and without output.

    Reply  Sat Dec 17 06:29:15 2016, rana, Electronics, Configuration, Timing issue: is it a DAC issue? 
I find sometimes that the probe configuration can give these distorted signals. For the Tektronix probes, its best to use a 500 MHz probe instead of
the BNC clip leads. The probe also should be compensated by attaching to the gold fingers square wave generator on the scope front and adjusting the capacitor
in the probe with a little screwdriver until the square wave becomes perfect.
Entry  Wed Jan 4 14:28:03 2017, Gabriele, Electronics, Configuration, Real time models for new measurement system 

changed the name of the test chamber real time model from CR1 to CR0. Updated all MEDM screens and scripts (autocenter.py, auto_excite.py, crime.py)
new real time models CR1, CR2, CR3, CR4 to be used for the new chamber system. Created MEDM screens and updated all EPICS values
Entry  Thu Jan 12 10:36:47 2017, Gabriele, Electronics, Configuration, Added ESD bias path to model CR0 Screenshot.pngScreenshot-Untitled_Window.png
I added to the model CR0 an additional bias path for the ESD driver:

Some funny RGC idiosyncrasy: if you have a filter bank named "SUM", you can't add a summation block: if you do you get a name conflict
Entry  Tue Jan 24 11:45:55 2017, Gabriele, Electronics, Configuration, Picomotor drivers 

Changed the library Picomotor8752.py to add a third axis 'r' that
will allow moving the in-vacuum retaining ring. The controller remains connected to the workstation through a serial cable
Tested a new NewFocus
8741 controller with USB and ethernet. The USB driver works only on Windows, so I tested it by running a Windows virtual machine. I used this trick to
Entry  Wed Jan 25 10:02:23 2017, Gabriele, Electronics, Daily Progress, High voltage system in place 
This morning I installed in the clean room the high voltage amplifier and the high voltage relays. Everything is cabled as planned. No way to test it
yet, since there's nothing in the chamber!
Entry  Tue Jan 31 09:03:12 2017, Gabriele, Electronics, Configuration, Auto centering script for the new setup 
I wrote an autocenter script for the four QPD in the new setup (autocenter14.py) and renamed the script for the old chamber (autocenter0.py).

Tested and working properly, with network connection to the picomotor controllers. Be aware that if the picomotor controllers are switched off,
their IP address might change.
Entry  Wed Feb 8 17:06:11 2017, Gabriele, Larry, Electronics, Configuration, Private network 
This morning Larry set up a network switch to create a local network for the power strip and the two Newport picomotor controllers. The laboratory workstation
serves as gateway between the networks.

I still have to configure the power strip and the picomotor controllers to use the new static IP address.
    Reply  Thu Feb 9 08:35:24 2017, Gabriele, Electronics, Configuration, Removed ESD bias path to model CR0 
Removed, since iit was not useful to improve the actuation authority.


I added to the model
    Reply  Thu Feb 9 09:10:17 2017, Gabriele, Larry, Electronics, Configuration, Private network 
I reconfigured the powerstrip and the two Newport controllers to use static IP address in the new 10.10.10.X network, using the workstation as gateway.
All scripts updated and working

Entry  Wed Feb 22 13:56:15 2017, Gabriele, Electronics, Configuration, Software improvements 

created a single interface to move the picomotors in front of QPD1 ... QPD4

the command qpdcenter
will open an interactive python shell to control the picomotors

two scripts for automatic excitations are saved in /opt/rtcds/userapps/CyMAC/src/auto_excite*.py

must run on the cymac. But they can be started from the control station using the commands autoexcite0 and autoexcite14
Entry  Thu Jun 22 13:16:37 2017, Zach, Electronics, Modeling, Beginning with COMSOL 

4:30 pm- Installed COMSOL, began modeling current ESD by creating parameters and the first arm of the comb
Entry  Thu Jun 22 15:37:20 2017, Zach, Electronics, Modeling, Beginning modeling E_Plot.png

Created the geometry of the ESD by creating blocks and joining them with Unions. I then created a block to serve as the
domain and added air to that region
This plot is a combination of a Surface plot of the potential and a Streamline plot of the electric field
created another model of the ESD with more accurate measurements to the real thing and added the silica disc to the model
Entry  Fri Jun 23 12:02:12 2017, Zach, Electronics, Modeling, Plots Potential.pngE_w_Lines.pngMesh.png

I created plots of the E field and potential from my rough model of the ESD. This model has 1mm electrode arm widths and
spacings, the length of each arm is 16 mm, and the resulting total size is 38mm x 20 mm x 0.1 mm. One comb has ten arms while the other has nine to
match the actual ESD currently in use in the lab. 
I set the ten arm comb to a potential of 100 V and the other to ground. I then used
Entry  Tue Jun 27 14:17:47 2017, Zach, Electronics, Modeling, Further plots and improving models E_field_corner.pngE_field_round.png

I built a new model of the ESD to determine whether or not the spikes in the electric field at the corners was affecting
the results enough that it had to be accounted for in further models. To create the model, I created a 2D profile of the arm used in my original model
and filleted the corners at a radius of .05 mm, since the electrode model is .1 mm thick, this made completely rounded edges. In creating this
Entry  Thu Jun 29 16:40:41 2017, Zach, Electronics, Modeling, Accurate model and force profile Force.pnggeometry.pngMesh.png

I created a much more accurate model of the current ESD setup from the technical drawings. My resulting ESD has dimensions
of 21.3x24.3x.1mm with 1 mm spacings and 17.5 mm long electrode arms. The sample has a diameter of 75 mm and thickness of 1mm, the ESD is 1mm below
the sample in the current model. I still have to compare the technical drawings to confirm that is the actual distance in the current lab setup.
Entry  Fri Jun 30 11:02:18 2017, Zach, Electronics, Modeling, Matching Forces ForceE.pngForceP.png

I adjusted the plot parameters slightly so that it only showed the actual force profile on the sample in the direction
perpendicular to the sample surface. Additionally I compared the two methods of computing the force, as  and as 
Entry  Fri Jun 30 16:27:56 2017, Zach, Electronics, Modeling, Double Checking Model 

In order to confirm the accuracy of my model I checked some easily computable quantities between what real values and
what COMSOL produced. My expected electric field magnitude between the electrodes is 106 V/m and COMSOL reads out 1.015*106 which
is less than a 2% error. When I went to compute the electric field gradient however, I discovered that I had been calculating my derivatives wrong, I was
Entry  Wed Jul 5 12:01:51 2017, Zach, Electronics, Modeling, Force plots-Correct plots, force issue Force_E2.pngForce_PE.png

I sorted out my mathematical lapse in logic and computed the correct force profiles in the perpendicular direction in
both disks. The issue is that now the force profiles don't match up. The fact that there is a measured force distribution for the E^2 case outside
the disk is only an artifact of the numerics because it is being calculated only from the electric field data which is defined outside the sample.
Entry  Wed Jul 5 16:40:51 2017, Zach, Electronics, Modeling, Force disparity-improvement 1ForceE2.png1ForcePE.png

In order to improve my data I shrunk the region of the finer meshing slightly and made the mesh even smaller and then
recalculated the force profiles. This time I tried sampling regions inside the disc rather than immediately at the surface. The attached graphs were sampled
at the center of the disc. These two techniques vastly improved the data, now the profiles appear the same, but the magnitudes differ by a factor
Entry  Thu Jul 6 12:08:35 2017, Zach, Electronics, Modeling, Checking physical parameters E_from_P.pngE_from_E.png

I compared the electric field and the polarization to make sure that those calculations made sense. Since  due to the linear dielectric, I plotted
the electric field and the polarization divided by the proportionality constant and they match exactly.
This confirms both the constant value and
Entry  Thu Jul 6 12:48:54 2017, Zach, Electronics, Modeling, Resolving the factor of two 

I resolved the factor of two from Griffiths' discussion of dipoles in non-uniform electric fields. The force on a dipole in
a non-uniform field is  where  is the difference in the
Entry  Wed Jul 12 15:08:59 2017, Zach, Electronics, Modeling, Model of actuator and sample Force_Model.mph

I am attaching the first fully functioning model of the actuator and sample. I cleared both meshes and solutions to make
the file a reasonable size, but they can quickly be built/solved again. 
Entry  Fri Jul 14 16:43:24 2017, Zach, Electronics, Modeling, Force profile matlab script forces.mfaster.m

I have completed a rough, but functioning script that calculates the modal force profiles. The force values are still
coming out incorrect (on the order of 10^14) but the script can take in my model as a .m file and return an array with a force value per mode. I am attaching
both the .m file and the matlab script
I have done very little work with the numerical integration itself, based on the 2D numerical integration
Entry  Thu Jul 20 11:37:01 2017, Zach, Electronics, Modeling, Matlab Script forces.m

I believe my MATLAB script successfully calculates the force distribution into each of the modes specified by the parameters.
My previous error was caused by my neglecting the proportionality factor of . Now the force order of magnitude is on the order of 103. I am currently unclear how to think about the units of the mode shapes from the
Entry  Mon Jul 24 09:13:45 2017, Zach, Electronics, Modeling, Parametric Sweep gap_plot.jpgforcesweep.m

I wrote a MATLAB script that is capable of sweeping parameters, the code is attached. The next step is to create nested
loops so that I can sweep multiple parameters in a single run. I also should add a function in the script to eliminate the modes that cannot be measured
by the experimental setup.
My first sweep was for the gap between electrodes and swept from 1 to 2 mm. In the plot the gap grows from steps
Entry  Tue Jul 25 13:38:30 2017, Zach, Electronics, Modeling, Parametric Sweep of ESD gap modeplotESDgap.jpg

I completed a short sweep of the gap between the drive and the sample, between .5 and 1 mm in .1 mm increments. It appears
that a 1 mm distance is the ideal distance by approximately a factor of two. I will next sweep larger distances and see how the force profile behaves at
greater distances.

Entry  Wed Jul 26 09:27:40 2017, Zach, Electronics, Modeling, Sweeping the space between ESD and sample Gap_near_one.jpggap_sweep.jpgGap_near_one.jpg

I ran a sweep of the gap between the ESD and the sample, first from .5 mm to 1 mm. That sweep suggested that there is
a significant jump in force across almost all of the modes at 1 mm. To confirm this I double checked the geometry and it appears that COMSOL is building
everything as expected when changing the spacing parameter. Then I ran a finer sweep in .02 mm increments for the spacing between .9 and 1.1 mm. Once again
Entry  Wed Jul 26 21:22:50 2017, Zach, Electronics, Modeling, Parametric Sweep Results ESD.armgap.jpgESD.sample.gap.jpg

I resolved the major bugs in the parametric sweep scripts and ran low resolution sweeps of the gap between the ESD and
sample (Gap Sweep) and the spacing between the ESD arms (ESD Arm Gap Sweep).
The arm gap sweep largely behaved in a reasonable way with a maximum
excitation at a 1.25 mm gap. However modes 14, 19, and 25 did not follow the general trends and had sharp drops and increases compared to the other
Entry  Thu Jul 27 13:37:31 2017, Zach, Electronics, Modeling, Corrected sample gap sweep Fine_sample_gap.jpgFine_sample_gap.jpgfine_arm_gap.jpgfine_arm_gap.jpg

I resolved a couple more data processing bugs and calculated a sweep of the ESD-Sample gap from a distance of .5 mm to
1.5 mm. The resulting data behaves far more like I would expect from a force generated by an electric field, it seems to drop off like distance squared.
This is a very strong correlation with a good intuitive explanation, and would suggest that it is prudent to place the ESD as close to the sample as possible.
Entry  Thu Jul 27 16:56:03 2017, Zach, Electronics, Modeling, Offset Sweep Offset.jpgOffset.jpg

I ran a low resolution sweep of the offset in the arms of the ESD, the space between the end of the arm and base of the
opposite combs. The trends are much more subtle and are not coherent across as many of the modes. The lower frequency modes decrease slightly, while the
force in the higher frequency modes increase more drastically. This is an interesting parameter, I will definitely run another sweep once I have written
Entry  Tue Aug 1 16:10:42 2017, Zach, Electronics, Modeling, Improved Gap Sweep Better.jpgmode_14.jpgmode_19.jpgmode_25.jpg

I completed an improved sweep of the gap between the ESD arms. I resolved some code issues, since it was passing the maximum
value not the most extreme, smaller magnitude positive values were being included rather than the strongest force calculation.
There are still
three modes that show unique behavior relative to the others: 14, 19, and 25. Mode 14 is the (2,2), mode 19 is the (2,3) and mode 25 is (3,2).
ELOG V3.1.3-