束流位置监测器测量束流四极分量的新方法

 束流位置监测器可以用来进行发射度的非拦截测量,且不受束流分布的影响。对从条带BPM电极中引出的信号经过对数比检波模块处理,得出了一种对数比处理方法来提取束流的四极分量,并推导出一种同时利用差比和处理方法和对数比处理方法的混合提取方法来提取四极分量。对这些方法进行了数值模拟计算和比较,结果表明:混合提取方法效果最佳,对数比处理方法优于差比和处理方法。利用提取出的四极分量,通过多次改变四极铁的电流计算出束流的发射度。     

BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制

针对北京正负电子对撞机改造工程（BEPC II）直线加速器束流位置测量电子学系统故障率上升这一现状,结合BEPC II直线加速器束流参数以及BPM电子学ADC芯片带通采样的需求,设计了隔离度高、幅相一致性好的数字BPM射频前端电子学模块。数字BPM电子学系统采用MicroTCA 4.0系统架构,以FPGA作为主控制器,基于EDA软件开发设计。重点介绍了射频前端电子学模块中射频功率放大器、数字可调衰减器、带通滤波器等设计和实验室及在线测试结果。BEPC II对撞模式下,使用正电子束流,完成电子学系统在线测试,x方向位置测量精度约为38.46 μm,y方向位置测量精度约为26.16 μm,其测量精度和系统稳定性优于商用模拟BPM电子学模块,能够满足BEPC II直线加速器束流位置测量需求。     

基于STM32F407的高压输电线电磁检测系统设计

针对输电线的结构特点,采用涡流检测与漏磁检测相结合的电磁检测方法,设计了一套以高速ARM微控制器STM32F407VG为控制核心器件的高压输电线电磁检测系统。介绍了系统采用直接数字频率合成DDS技术的涡流激励信号产生模块、采用锁相放大技术的涡流信号提取模块、采用差动测量技术的漏磁检测模块、A/D模数转换模块等。上位机程序采用LabVIEW虚拟仪器设计,并通过USB总线与系统进行实时通信。整个系统具有实时性强、易于集成和重构的特点。     

基于积分束流变压器的加速器束团电荷量测量系统

 为满足清华大学加速器实验室光阴极微波电子枪实验平台的发展需求，设计了束团电荷量测量系统，可以实现实时测量加速器束团电荷量的目标。这套测量系统基于积分束流变压器，包括前置放大器、门控积分器、模数转换和数据传输模块。利用信号发生器模拟束流，对整套系统进行了离线测量实验。当前置放大器放大倍数取200和20时，AD转换值和束流电荷的比值分别为2.181 PC-1和0.195 PC-1，与理论值2.070 PC-1和0.207 PC-1基本吻合；其对应的电荷量测量误差分别小于2 PC和15 PC。测量结果和模拟束流电荷量值的拟合曲线线性度好，相关系数的平方均大于0.999 0。该结果验证了系统的可行性。     

八电极束流能散检测器的计算与标定

针对合肥光源高亮度注入器设计了一种四轴对称八条带电极束流能散检测器(BESM),以实现束流能散的非拦截测量。理论推导了从BESM电信号中提取束流横向尺寸分量的公式。通过对BESM的灵敏度、阻抗匹配、电极的时域频域响应等的分析,确定了BESM的电极张角、半径、长度等各方面的物理参数。通过天线法对BESM进行了位置和四极分量的标定,得到了电中心相对于机械中心的偏移、 BESM的位置灵敏度和四极分量灵敏度等参数。通过对多组电信号和位置信号的处理拟合出了机械位置与对数比电位置信号的相关多项式,并给出了四极分量关于束流横向尺寸、束流中心位置以及它们高次项的经验公式。     

中国散裂中子源直线输运线束流位置测量系统

介绍了针对中国散裂中子源(CSNS)的直线到环输运线(LRBT)所设计的条带式束流位置测量(BPM)系统,探头方案以条带式电极为基础进行物理设计及参数优化,并通过机械标定减少机械加工误差,电子学选用商用数据处理方案。此系统在加速器实际运行中有效提供位置信息,对在线测量数据采用奇异值分解(SVD)进行分析,根据分析结果,对束流轨道测量的精度达到预期设计目的,满足物理调束需求。     

上海软X射线自由电子激光装置直线加速器束流位置测量系统研制

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）作为中国第一台工作在软X射线波段的第四代光源,其产生的激光具备短波长、全相干、超高亮度、超短脉冲长度等优点,预期将会在基础科学研究领域中发挥出重要的作用。基于直线加速器的特点和需求,在SXFEL的注入器与直线加速段上选择了条带型束流位置测量系统（SBPM）作为束团位置测量工具。该系统由SXFEL束测团队自主研发设计,由条带探头、前端信号调理电子学与专用数字信号束流位置处理器（DBPM）组成,系统设计上借鉴上海同步辐射光源（SSRF）的同类型设备,并根据SXFEL的特点做了进一步的优化,束流实验结果表明该系统位置测量系统分辨率好于5.7 μm@188 pC,达到国际先进水平,满足了SXFEL注入器和直线加速器段对束流位置测量分辨率的设计要求。     

基于导频技术的数字束流位置测量系统的研制

为改善传统的束流位置测量电子学系统受电子学通道非线性、温度漂移和系统噪声等因素对位置测量精度带来的影响,介绍了一种新型的基于导频技术的数字束流位置测量电子学系统。该系统硬件包括模拟信号采集电子学、数字信号处理电子学和PTC(导频信号耦合)模块;软件包括顶层应用软件和底层驱动,束流信号与导频信号在耦合电路中耦合后,经电子学处理,在FPGA中计算得到归一化后的束流位置信息。实验室测试结果分析,经导频信号归一化处理后能够有效改善各通道随温度变化的现象,束流位置漂移从4.5 μm改善至0.5 μm,分辨率从57.25 nm提升到13.37 nm,并且进行导频信号开关实验更加直观观测导频信号对束流位置测量的在线校正效果。设计的基于导频信号的数字束流位置测量（DBPM）电子学可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正,提升电子学系统的实时分辨率性能。     

BEPCⅡ试验束束流位置探测器的研制

 为实现试验束束流位置的非拦截测量,研制了3个条形电极束流位置探测器和一批真空定位子。利用高定位精度电控精度电控位移平台对这3个探测器分别进行了标定,随后进行了束流初步试验。探测器主要由位于真空管道内的4条1 mm厚不锈钢条带构成,条带上感应信号的大小反映束流位置的变化。给出了探测器的定标系数、系统特性阻抗和端口传输系数。     

HLS Ⅱ储存环条带束流位置检测器的离线标定

针对合肥光源二期改造工程设计了一条带束流位置检测器(BPM), 用于储存环中束流参数在线测量。对条带BPM进行了位置信号的离线标定,采用差比和法和对数比法进行计算,获得了灵敏度系数、映射图和拟合经验多项式,发现采用对数比法得到的灵敏度大小和线性范围好于差比和法。对和信号进行离线标定,发现和信号相对中心位置处的归一化值在(-5 mm, -5 mm)到(5 mm, 5 mm)范围内变化不超过6%。该条带BPM也用来测量合肥光源储存环上束团横向四极振荡,所以需对横向四极分量进行标定。采用二维网格结构高斯加权法模拟高斯束团,使用差比和法进行计算,并将测量结果与模拟结果比较,发现横向四极分量随 (x2-y2)线性变化的灵敏度与模拟结果相同,均为0.001 1 mm-2。得到的拟合经验公式用于在线测量。     

BEPCII横向束流反馈系统的梳状滤波器

 BEPCII是一个多束团、大流强的装置, 由于高频腔的高次模和电阻壁阻抗等因素，不可避免地会出现束流不稳定性。BEPCII中采用束流反馈系统来抑制束流不稳定性。横向束流反馈系统主要包括前端电子学、信号处理电子学、反馈器件和放大器等几个部分。梳状滤波器是信号处理电子学的重要部件，利用两根长短不同的电缆以及一个功分器和合成器构成了一种简单有效的梳状滤波器，其梳状深度达到-41 dB，使用这种梳状滤波器的横向反馈系统成功地抑制了束流中出现的不稳定性。     

HIRFL数字化高频低电平控制系统研究

在HIRFL加速器系统中, 需要对射频加速电压的幅度和相位进行精确控制,以实现对重离子的精确俘获、 加速和引出。传统的幅度、相位稳定控制系统采用幅度和相位两个反馈闭合环路来分别稳定腔体电压的幅度和相位。 数字化高频低电平控制系统(LLRF) 基于可编程逻辑门阵列（FPGA）和数字信号处理（DSP）, 采用直接数字频率合成（DDS）与数字正交调制解调（I/Q）技术来实现对高频功率源的控制。 相位控制精度更高, 系统更加稳定。 目前控制系统在假负载上通过了长期稳定性的实验和高功率实验, 幅度偏差小于或等于±1％, 相位偏差小于或等于±0.5°。 In order to ensure that the beam quality is well enough, we need to precisely control the frequency, amplitude and phase of cavity electric field. Traditional control system consists of amplitude loop and phase loop. And these two loops control amplitude and phase stability respectively. The digital low level radio frequency (LLRF) system, which uses advanced digital control technology, needs only one feed back loop to control amplitude and phase stability. The phase control precision and stability of the system are higher than the traditional control system. The LLRF system is based on field programmable gate array (FPGA) and digital signal processing (DSP), and implemented by direct digital frequency synthesis (DDS) and digital orthogonal modulation and demodulation (I/Q) technology. The digital LLRF system has been tested in a long term stability and high power experiments. The amplitude deviation is lower than ±1%, and phase control accuracy is within ±1°.      

基于FPGA的DBF多波束中频接收系统的设计与实现

数字波束形成(DBF)阵列能够充分利用阵列天线所获取的空间信息,通过信号处理技术使波束获得超分辨率和低旁瓣的性能,它由天线阵元、射频下变频模块、AD采样、中频接收系统及上位机控制器组成。对中频接收系统进行数字波束形成的具体方案进行讨论,对多路接收和AD量化一致性造成的各通道间失配提出了幅相校正的解决方案,详细分析了研制中的关键技术。实验结果表明所设计的DBF多波束中频接收系统可有效实现通道间失配的校正,并实现精确的波束赋形功能。     

高温物体比辐射率及温度测量系统

本文介绍了一种利用激光作为光源,利用遮蔽板作为标准噪声辐射源,并以８０３１ 单片机为核心实现测量静止及慢速运动的高温物体的比辐射率及温度系统。该系统主要由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。文中还详细介绍了该系统的工作原理与基本结构,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法,分析了各量的测量精度对比辐射率及温度测量精度的影响     

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。     

采用对数比处理技术的同步光位置测量系统

 对于双丝型同步光位置检测器，对数比处理技术较差比和处理技术具有更宽的线性范围和动态范围。利用美国BB公司的高精度对数运算放大器LOG112实现电流电压转换，研制了一种采用对数比处理技术的同步光位置测量系统，垂直方向光位置测量分辨率约为1 μm，线性范围大于±3 mm。与合肥同步辐射光源原有同步光位置测量系统相比，具有较高的性价比。     

EAST中性束注入控制系统设计

中性束注入(NBI)是磁约束核聚变装置等离子体加热和电流驱动的重要手段。依据东方超环(EAST)NBI实验运行特点,设计了基于网络通讯的集散式控制系统。NBI控制系统采用计算机网络技术,按照控制层次分为远程监控层、服务器控制层和现场控制层,三层控制结构易于系统功能扩展与设备升级。一条束线的两个离子源可以独立运行控制,这为EAST第二条束线控制扩展奠定基础。实验表明,NBI控制系统具备了远程监控、连锁保护和数据处理功能,满足了NBI实验运行的自动化和可视化的需求。     

基于FPGA的HIMM同步高频信号源设计

针对医用重离子加速器装置(HIMM)同步加速器对于高频系统不同能量波形输出的需求,设计实现可输出不同能量对应腔体电压及偏磁电流波形的同步信号源。该系统以ARTERA公司FPGA作为核心处理元件,接收并处理多组腔体电压及偏磁电流波形文件,同时以DAC作为输出单元,通过接收同步光触发信号实现不同能量对应给定波形信号的无缝切换及同步输出,完成HIMM同步高频信号源的设计。测试结果表明,该信号源工作稳定,可实现各种不同能量对应波形的无缝切换及同步输出,其性能完全满足HIMM系统对碳离子捕获加速的要求。相比于商业任意波形发生器产品,该系统价格低廉,且模块化的设计易于集成,可广泛应用于其他需产生任意波形信号的场合。     

北京自由电子激光器电子束截面监测系统

报告了北京自由电子激光器(BFEL)从30MeV直线加速器出口到摇摆磁铁出口束流输运段的束流截面监测系统。该系统由四台遥控气动可伸缩荧光屏探头、光学放大系统、闭路电视摄象系统及视频图象处理系统组成。利用该系统进行模拟实验,其系统空间分辨率约100μm,达到BFEL总体要求。利用该系统可以测量摇摆磁铁入口处及内部电子束和准直激光的截面、位置和畸变,进行束流准直、聚焦和发射度测量。