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  Coating Ring-down Measurement Lab elog, Page 3 of 18  Not logged in ELOG logo
Entry  Wed Aug 2 13:47:47 2017, Zach, Electronics, Modeling, Arm width Sweep Arm_width_fine.jpgmode_25.jpg
2017-08-02


I ran a sweep of the width of the ESD arms. There appears to be a linear relationship across the modes except for mode
25. Mode 25 exhibits a very similar behavior as in the arm gap sweep. I realized that the abrupt change in direction (also noticeable in mode 14) is likely
caused by the fact that the force profile is calculated as absolute value, there might be an exponential relationship that gets converted into that shape
Entry  Wed Aug 2 15:40:00 2017, Zach, Electronics, Modeling, Parameter diagram ESD_w_param.png
I am posting a diagram of the geometric parameters that I swept. The only one not included is the vertical space between the ESD and sample that sweeps
perpendicularly out of the image

 
Entry  Mon Aug 7 13:19:48 2017, Zach, Electronics, Modeling, Normalized data Arm_gap.pdfArm_width.pdfOffset.pdfSample_Gap.pdf
2017-08-07


I included the modal mass factors in the code and renormalized my data. The normalization has a noticeable impact, but
does not change the general trends of the data
In fact the impact is not even significant enough to warrant a change in the ideal parameters
I picked for the rectangular ESD in my interim report


Entry  Tue Aug 8 16:20:24 2017, Zach, Electronics, Modeling, Rotated ESD  ESD.pdfRotated.pdfresonantmodes.pdf
2017-08-08


I rotated the ESD and calculated it's modal projections by rotating the data array that MATLAB extracts from COMSOL.
I confirmed that this was properly done by plotting the profile and then computed and plotted both the rotated and normal projections.
The rotated
ESD actually increases the force in some of the modes but decreases the forces in others. It markedly improved the force in 7 of the modes: 3, 6, 12, 18,
Entry  Wed Aug 9 12:10:47 2017, Zach, Electronics, Modeling, Preliminary improvement from ESD optimization Ratio.jpgRatio.jpgo_gap.jpgOriginal.jpgOptimized.jpg
2017-08-09


I created a plot of the ratio of the force in the optimized design to the force in the original design. The improvement
factor is huge, some modes are excited by more than a factor of 100. I took the same ratio keeping the gap between the ESD and the sample constant and
it decreased the excitation by almost a factor of 10. Keeping that gap constant, the geometric modifications to the ESD give an improvement factor ranging
Entry  Wed Aug 9 15:57:28 2017, Zach, Electronics, Modeling, Triangular Geometry tratio.jpg
2017-08-09


I compared the triangular geometry to the original geometry and the excitation was only improved in 7 of the of 20
modes. In four of those modes the improvement factors ranged from almost 2 to over 3 while the other modes where only improved by about 25%. The other
13 modes were diminished drastically, 9 of them where less than half as excited. Given more time it may have been interesting to try and optimize
Entry  Wed Aug 9 17:07:57 2017, Zachary, Electronics, Modeling, Optimization Summary 6x
2017-08-09



p.p1 {margin: 0.0px 0.0px 0.0px 0.0px; font: 11.0px 'Helvetica Neue'; color: #000000; -webkit-text-stroke:
#000000}
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From the data I have gathered from a variety
of MATLAB sweeps, I think that the optimal geometry I can produce has the parameters in the attached image. Neither the original or optimized drawing is
Entry  Thu Aug 10 10:47:54 2017, Zach, Electronics, Modeling, Geometry Ratios Optimization_plot_lin.pdfOptimization_plot_log.pdf
2017-08-10


The attached plots compare the new and old geometries with .5 mm and 1 mm sample gaps. They are the same plot on linear
and logarithmic axes respectively


 



 
Entry  Tue Aug 15 00:09:01 2017, Zach, Electronics, Modeling, ESD Improvements 10x
2017-08-14


I did my best to increase the excitation in the higher order modes. By making the ESD narrower (a 6mm electrode overlap)
the higher order excitation is improved drastically, by factors of between 10 and 30 for most modes.  I also created a double ESD (see image) that
excited the modes by a factor of 3 or more better than the thinner drive. The plotted ratios are relative to the original geometry, but both of these geometries
Entry  Tue Aug 15 16:43:58 2017, Zach, Electronics, Modeling, Unchanged Mode Insight Double.pdfThin.pdfOriginal.pdf
2017-08-15


It appears to me that the major factor limiting the improvement of the modes that either remain equal or diminish is that
the original design was already quite good at exciting those modes. As can be seen in the attached plots, the original design is about as well centered
over the 5 modes as a rectangle on the x axis can be. As a result, maintaing a constant potential on the ESD it would be difficult to improve the coupled
Entry  Wed Aug 16 10:04:24 2017, Zach, Electronics, Modeling, ESD along edge edge.jpgoverlay15.jpgoverlay15.jpg
2017-08-16


I placed created a very narrow ESD placed along the edge of the sample. The thought behind this is that it will not cross
over into any other modes that will cancel out the force. However, it does not appear to couple force into enough of the area of the disk to cause a worthwhile improvement,
as can be seen in the plot, more modes lost amplitude than gained and some were worse by as much as a factor of 1000.


Entry  Wed Aug 16 11:36:13 2017, Zach, Electronics, Modeling, Middle ESD  middle.jpgoverlay23.jpgoverlay23.jpg
2017-08-16


I created a model with a drive offset in the middle. It improved one of the modes by a factor of 14 or so, but overall,
it diminished the vast majority of the modes by as much as a factor of 100. 


Entry  Wed Aug 16 16:05:09 2017, Zach, Electronics, Modeling, Two ESD First test Double_Modes.jpgTwo.jpgTwoESD_geo.png
2017-08-16


I created a model with two ESD's, essentially a combination of my previous two attempts with one ESD on the edge and
one closer to the center of the disk. This test was quite successful compared to previous trials, the improvement seems to be on an average of a factor
of 10. No modes are weakened by this design. I am going to run a sweep adjusting the central ESD and see what placement is best.
Attached is
Entry  Thu Aug 17 14:19:04 2017, Zach, Electronics, Modeling, Two ESD Optimization 17x
2017-08-17


I ran a sweep of the position of the middle ESD to determine the optimal arrangement. From the original geometry I offset
the central ESD between -2 mm and 11 mm. From the plots below I conclude that the optimal geometry is the one that is shifted 2 mm to the right of the
original design. 
The first plot is the sweep data as a ratio to the data of the current geometry for all modes. The second plot is the
Entry  Thu Aug 17 23:34:51 2017, Zach, Electronics, Modeling, Optimized ESD Drawing OptimizedESD.pdf
2017-08-17


I made a drawing of the Optimal ESD design. The bottom combs (right hand in the rotated image) are set to ground and the
5 arm comb is set to a positive voltage and the 2 arm comb is set to a negative voltage. 


Entry  Fri Aug 18 10:50:53 2017, Zach, Electronics, Modeling, ESD's with positive voltage two_positive.jpg
2017-08-18


With both electrodes driven at a positive voltage, the results are still an improvement over the original design, but
by smaller factors, particularly in 3 of the higher frequency modes at around 2 and 3 kHz. With another parametric sweep I may be able to find a better
design. The opposite voltage was useful because it could couple force in opposite directions to adjacent anti-nodes with opposing signs. An adjusted configuration
Entry  Fri Aug 18 14:15:47 2017, Zach, Electronics, Modeling, Same Voltage ESD Sweep two_positive_ratio_sweep.pdf-2mm_two_positive.jpg3mm_two_positive.jpg-2mm_two_positive.jpg
2017-08-18


I ran a sweep of the central position in the two ESD setup with both set at the same voltage. There were two designs that
maximized excitation by different metrics, the design with a 3 mm shift from the original design maximized excitation overall, but the 20 kHz mode was
worse by a bout a factor of 5. The design with a -2 mm shift maximized the high frequency modes, particularly the modes most affected by the shift.
MATLAB
Entry  Fri Aug 18 15:10:23 2017, Zach, Gabriele, Electronics, Modeling, ESD prototype Crime_ESD_Zach_prototype.pdf
2017-08-18


We created a prototype of PCB for the ESD design. Unfortunately the orientation of the two combs was flipped, so it will
require some creative mounting to get right. The final design had a 6 mm offset between the two combs, .5 mm traces and 1 mm gaps between them The vertical
traces are 12 mm long and there is a 3.75 mm gap between the end of the vertical traces and the opposite horizontal one. The ESD will arrive on Tuesday
Entry  Wed Aug 23 14:11:13 2017, Zach, Gabriele, Electronics, Measurements, Installing ESD Prototype image1.JPGimage2.JPG
2017-08-23


Installed ESD Prototype design by taping it to the older design, we then lowered the mount until it was as close as we
could reasonably get it. The new PCB lines up when the top of the new PCB is lined up with the last electrode on the old one. The new PCB was slightly
too narrow, the mounting holes are very close to the edge of the PCB, this can easily be corrected in later models.
Installed sample 
Entry  Tue Jan 30 15:56:36 2018, Gabriele, Craig, Electronics, Configuration, Temporary data acqusition for PSL lab beat note and accelerometers 
We set up the model x3tst to acquire at 65kHz four signals coming from the PSL lab:


X3:TST-BEAT_OUT_DQ: beat note
X3:TST-ACC_X_OUT_DQ: accelerometer X
X3:TST-ACC_Y_OUT_DQ: accelerometer Y
X3:TST-ACC_Z_OUT_DQ:
accelerometer Z
Entry  Mon May 2 11:46:45 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Table and vacuum chambers in the lab 2016-04-19_10.35.50.jpg2016-04-21_09.38.33.jpg
Elogs for the new Coatin RIng-down MEasurement lab had to start somewhere, so here is a couple of pictures of the optical table with shorter legs and
of one of the two vacuum chambers that have been moved in.
    Reply  Tue May 3 11:57:47 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Table and vacuum chambers in the lab 
We discovered a couple of days ago that the table was sitting on three legs only and the fourth one was dangling. I managed to adjust the height of the
fourth leg using the large screw on the leg support. Now the table is properly supported by all four legs.




Entry  Tue Jun 7 14:07:55 2016, Gabriele, Facility, General, Rack and workstation 2016-06-07_10.53.30.jpg2016-06-07_10.53.26.jpg
I moved the unused rack from the Crackling Noise lab to the C.Ri.Me lab. It will be used for the new cymac. I also started putting the new workstation
together, but I'm missing some adaptors for the monitors.

Entry  Thu Jul 7 17:44:11 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Vacuum chamber tests 2016-07-07_14.33.34.jpg2016-07-07_14.35.21.jpg2016-07-07_15.55.19.jpg2016-07-07_14.35.26.jpg2016-07-07_15.01.22.jpg
[Alena, Gabriele]

This afternoon we opened the tall belljar vacuum chamber, and took everything out of it. All the stuff that was inside the chamber is "temporarily"
stored on the floor beside the optical table.
Entry  Fri Jul 8 15:26:37 2016, Alena, Facility, Daily Progress, Vacuum chamber tests WP_20160708_12_25_35_Pro.jpgWP_20160708_12_25_41_Pro.jpg
Fixed the 307 gauge controller (a missing contact on the rair panel). The low pressure gauge was connected to 1G port and has measured 1.7E-6 torr. We
are not sure since how long the turbo was operating (no vacuum logger yet).

 
Entry  Mon Jul 11 14:56:45 2016, Alena, Facility, Daily Progress, Vacuum chamber tests 20160711.png
Installed a gate valve between the roughing and tubbo pump. See below a pump down curve. The convection gauge is not calibrated. the turbo started at
14th min (at about 3 torr)
    Reply  Mon Jul 11 17:04:06 2016, Alena, Facility, Daily Progress, Vacuum chamber tests 
At 5pm the pressure was 6.5e-6 torr.

Checked again at:


9am, pressure was 2e-6 torr
11:30am, pressure was 1.5e-6 torr
5pm, pressure was 1.4e-6 torr


Entry  Thu Jul 14 16:56:00 2016, Alena, Facility, Daily Progress, test vacuum system 
Please see prosidures for pumping down and venting with air for the test vacuum chamber here https://dcc.ligo.org/T1600304
Entry  Sat Jul 16 14:15:44 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Pump down started 
Following Alena's procedure, at about 1:30pm LT I started the chamber pump down. At
14:15pm LT the pressure was still 240 mTorr

At 6:20pm the pressure was about 70 mTorr, so I started the turbo pump.
    Reply  Mon Jul 18 13:39:45 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Pump down started 
Today at 1:40pm pressure is 8.5e-7 Torr




Quote:



Following Alena's
Entry  Tue Jul 19 17:15:37 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Vacuum pressure acquired 
[Alena, Gabriele]

We connected the analog output of the vacuum gauge controller to one of the ADC channels. The signal is calibrated so that the pressure is 10^(X3:CR1-PRESSURE_LOGTORR_OUT).
Unfortunately the RTG does not know how to compute 10^x...
Entry  Wed Jul 27 11:27:11 2016, Gabriele, Facility, General, Pumps stopped and venting 2016-07-27_12.41.26.jpg2016-07-27_12.41.30.jpg2016-07-27_12.42.21.jpg2016-07-27_12.43.24.jpg2016-07-27_12.42.12.jpg
11:25am LT: closed valve between roughing and turbo pumps, switched off both pumps. Turbo pump is slowing down

After lunch I opened the chamber and removed everything from the inside.

The chamber around the vacuum gauge is really dirty now, see picture:
Entry  Wed Jul 27 15:43:02 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Vacuum chamber dismantled and ready for cleaning 2016-07-27_15.34.10.jpg
[Alena, Gabriele]

As decided at out Red Door meeting, we're going to clean the vacuum chamber and move it to the large table, which will be enclosed in a clean
room.
Entry  Sat Aug 13 11:17:17 2016, Gabriele, Facility, Daily Progress, Spot the differences 2016-08-11_14.52.04.jpg2016-08-13_11.07.38.jpg


Entry  Fri Aug 19 13:46:55 2016, Alena, Calum, Jon, Liz, Steve, Gabriele, Facility, Daily Progress, Clean room and vacuum complete 2016-08-19_10.54.51.jpg2016-08-19_12.07.29.jpg2016-08-19_12.38.42.jpg
This morning we installed the clean room curtains and washed them. It turns out that the air filters are supposed to be powered at 277V (?) instead of
115V. So right now the flux is quite low. We are looking into the problem: either replace them with 115V modules or install a small transformer.

We also installed the vacuum chamber on the table and connected all the pumps and gauges. There are no leaks and we could pump down easily the
Entry  Thu Sep 15 11:23:13 2016, Gabriele, Facility, General, Chamber open 
Turbo pump off and spinning down at 9:37am LT. Pumo completely stopped at 11:15am LT

Openend the chamber and removed the sample at ~11:20am LT
Entry  Mon Sep 26 15:54:01 2016, Gabriele, Facility, Configuration, Moved vacuum controllers 2016-09-26_15.44.13.jpg
I moved the turbo pump controller out of the clean room. Also, I installed the gauge controller on the Cymac rack.

Entry  Tue Nov 29 17:02:06 2016, Gabriele, Facility, Noise hunting, Suspending the roughing pump 2016-11-29_11.08.17.jpg2016-11-29_11.12.35.jpg2016-11-29_11.08.21.jpg
I suspended the roughing pump with four springs. The reduction of the 58 Hz peak is similar to what I got when the pump was sitting on a box. So most
of the coupling is due to acousting noise.

Entry  Thu Jan 19 12:49:17 2017, Gabriele, Facility, Vacuum, Skyhook installed IMG_4241.JPGIMG_4241.JPGIMG_4241.JPGIMG_4241.JPG
The SkyHook has been put in place and bolted down to the floor.

Entry  Thu Sep 14 15:59:10 2017, Gabriele, Facility, , All wrapped up for Saturday plumbing work 2017-09-14_14.03.21.jpg2017-09-14_14.03.53.jpg2017-09-14_14.04.15.jpg



Entry  Wed Jun 29 16:44:17 2016, Gabriele, General, Configuration, First disk eigenfrequency disk_75mm_1mm.pngeigenfrequencies.png
The following table shows the lowest eigenfrequency (Hz) for different sizes of disks




Diameter \ Thickness [mm]
0.125
0.250
0.500
1.000




Entry  Mon Jul 11 15:21:12 2016, Gabriele, General, Daily Progress, One disk installed into the chamber 2016-07-11_13.04.44.jpg2016-07-11_13.39.40.jpg2016-07-11_13.16.24.jpg2016-07-11_13.23.05.jpg2016-07-11_13.39.44.jpg
[Alena, Gabriele]

We attached one of the silicon lenses to a 1" optical post using some kapton tape, and installed it into the vacuum chamber. We built a
simple periscope using standard optical component, and managed to send the optical level beam into the disk and back out.
Entry  Fri Jul 15 17:56:50 2016, Gabriele, General, Daily Progress, QPD connected to digital system 
I connected the QPD to the ADC interface with a temporary cable running on the floor.

I could get signals. I still have a problem with the digital system: I can't access test points with dataviewer, but I get them with DTT.
This will have to be fixed.
Entry  Mon Jul 18 14:29:07 2016, Gabriele, General, Daily Progress, Status of the test setup qpd_xy_sum.pngmodel.png
I checked that the QPD electronics works as expected, and that I can acquire the signals using the ADCs. A new model (x3cr1) is up and running. It acquires
the four quadrants, convert them from counts to volts, and compensate for the analog whitening filter. The four quadrant signals are X3:CR1-Q1_OUT, X3:CR1-Q2_OUT,
X3:CR1-Q3_OUT, X3:CR1-Q4_OUT.
Entry  Mon Jul 18 17:46:04 2016, Gabriele, General, Daily Progress, First look at QPD signals Screenshot.png
Here's the first spectrum of the QPD X and Y signals, acquired with the digital system. Roughing and turbo pumps are still on.

The noise floor seems quite non stationary. To be investigated.

Entry  Tue Jul 19 17:21:48 2016, Gabriele, General, Daily Progress, First modes excited! excited_modes.png
We can't generate any arbitary signal with the real time model, since awg is not working properly yet. For the moment being I added a uniform random
number generator in the model (only option I found for noise) and send it into the ESD filter bank. In this way I can generate band-passed noise.

I plugged in the DAC output to the HV amplifier input, and I could send white noise to the electrostatic drive. Behold: I was able to excite
Entry  Thu Jul 21 12:10:14 2016, Gabriele, General, Daily Progress, Glitch hunting 2016-07-21_10.12.50.jpg2016-07-21_09.45.29.jpg2016-07-21_10.01.13.jpg
Yesterday I could clearly see the glitches as jumps in the time domain plot of X and Y signals, and trace them to somewhat harder to see jumps in the
quadrant signals. 


I tried to catch them with an oscilloscope looking at the analog signals, but couldn't see any. However, for a brief period I had
Entry  Thu Jul 28 14:01:27 2016, Alena, General, Daily Progress, Clean room 
Ordered the clean room (hardware+hepa filters) and vacuum gauges
Entry  Fri Jul 29 14:08:31 2016, Gabriele, General, Daily Progress, Peak tracking code for real time model simulation.pngScreen_Shot_2016-07-29_at_2.02.24_PM.pngScreen_Shot_2016-07-29_at_2.02.24_PM.png
Summary

I wrote a C function to reconstruct the amlplitude and frequency of a line. It can be added as a block into a real time monitor.
The idea is to use it to track in real time the frequency and amplitude of the disk modes, during the ring down. I did some tests and finally managed to
get the function to compile and run on the cymac2 (the crackling lab cymac).
Entry  Mon Aug 8 10:42:46 2016, Gabriele, General, General, Dependency of eigenmode frequencies on thickness and diameter 26x
I ran a set of COMSOL simulations to determine the dependency of the frequency of each eigenmode on the disk thickness and diameter, within the tolerances.
I chose wide ranges: diameter 75.0 +- 0.1 mm and thickness 1.0 +- 0.1 mm, much more than the expected tolerances. It turns out that the frequencies depends
almost exactly linearly on both variables: mostly on the thickness and negligibly on the diameter. The following plots shows: the mode shape and frequency (left),
ELOG V3.1.3-