轴向B-dot束流偏角探测器信号的频域处理北大核心CSCD

提出一种针对轴向B-dot束流偏角探测器信号的频域处理方法,从探测器本身的频域响应出发,并从探测器信号的频谱中提取有效信息,能够一定程度上消除束流横向偏移对偏角测量的干扰。该方法是对时域分析法处理轴向B-dot信号的一种补充,相比于时域法的一阶近似,对信号频谱的处理更接近对复杂真实情况的近似,但并未从根本上解决由安装误差等原因导致束流横向偏移而带来的测量不准确。从标定试验台测试结果来看,该方法的测试精度与时域法相当,约1mrad。     

用于测量强流脉冲电子束的B-dot

 描述了B-dot探头测量脉冲电子束流强度和束质心位置的原理,分析了B-dot探头工作于自积分和微分模式的条件,并根据所测电子束流信号的前沿和脉冲宽度特点,确定B-dot探头工作于微分模式,设计其电感参数约为60 nH。在电子束流模拟装置上对B-dot探头的灵敏度系数和偏心曲线进行了标定,标定得到B-dot探头及测试线路的灵敏度系数为4 147 A/V。将探测器安装在神龙一号加速器上进行束测实验,多次实验结果表明该探测器可以实现电子束流强度和质心位置的准确测量。     

磁绝缘传输线电流测量差模式B-dot探头

研制了一种用于磁绝缘传输线（MITL）电流测量的差模式B-dot探头;利用PSpice商用软件和标定实验数据,建立了该探头等效电路模型,给出了探头系统传递函数,并分析了探头频率响应特性。计算结果表明,该探头对于被测信号大于2.5 MHz频率分量部分的相频响应基本保持不变,而幅频响应曲线呈较好的直线性。该探头已用于强光一号1.0 m长、2 cm阴阳极间隙的同轴型MITL电流传输特性研究实验,并获得了较好的测量波形。测量结果表明:短路负载条件下,传输线沿线不同位置B-dot 电流测量结果基本相同,峰值电流约1.0 MA、峰值时间约125 ns。即传输线沿线电流损失几乎可以忽略,该实验结果与短路负载MITL工作特性理论较好地吻合。     

激光触发开关的电参数测量

 为进行PTS装置单路样机激光触发开关的调试,设计安装了相应的电压电流探头。通过对比分析了探头测量结果,解释了开关出口D-dot电压探头波形畸变的原因,并运算得到了正确的波形。B-dot探头得到了与模拟结果符合的电流微分信号和电流信号。实验结果表明： D-dot探头适合MV量级的高电压脉冲测量,但当该探头工作在开关区时,设计中需要对比探头与被测电极以及其它电极的结构电容,只有满足结构电容远大于与其它高压电极的电容时,才能获得较真实的信号。如果结构设计中难以满足该要求,可以采用软件处理方法得到正确的波形。使用B-dot探头输出的电流微分信号可以较为准确地得到开关导通延迟时间,测量误差小于0.7 ns。     

束流模拟装置的阻抗对标定结果的影响

对偏心束流在束流管道中产生的电磁场和束流模拟装置的偏心同轴线中的电磁场进行了理论分析。分析表明,在束流模拟装置阻抗较小时,二者存在显著差异。该差异对束流流强探测器、束流位置探测器和束流偏角探测器的标定有一定的影响。如果采用阻抗为50Ω的束流模拟装置标定束流位置探测器,得到的等效管道半径将比真实值偏小19%。利用理论分析结果,合理地解释了一个B-dot束流位置探测器的标定结果。     

LTD单路验证装置电流测量

为测量LTD单路验证装置的过渡段与出口电流,设计和标定了B-dot电流探头。采用径向传输线对电流探头进行了线下标定,并开展相应验证实验证实了标定的有效性。实验表明:探头安装深度和角度误差导致的探头灵敏度偏差约为1%; 当阴阳极间距大于探头孔直径时,B-dot标定结果基本不受阴阳极间距的影响;对于本装置涉及的直径较大的同轴线,用径向线模拟标定结果是有效的。从LTD单路验证装置的实验结果可知,4个过渡段至出口的阳极电流有轻微的损失,而阴极电流逐步减小。     

空腔中B-dot低频特性的硬件补偿

针对在空腔中的微分环(B-dot)探头输出信号存在低频增益的问题,分析了目前使用的"磁通穿透特征时间常数"一阶修正方法,提出了使用适当积分常数的积分器进行补偿的方法。对安装在同轴线及径向线电极孔中的B-dot进行实验,结果表明:当积分器的积分时间常数等于磁通穿透特征时间常数时,B-dot的测量结果与标准电流信号吻合。因此这也是空腔中的B-dot探头选取积分器的原则。该方法使用硬件直接获取了补偿后的测试结果,与软件修正方法比较操作较为简便。     

亚纳秒脉冲高电压测量探头

为测量紧凑型快前沿高电压脉冲源的输出电压,设计了D-dot电压探头。分别进行了刻度因素标定和频响标定,采用前沿约50 ns的高压脉冲信号对探头进行在线标定确定探头的刻度因素。将探头安装在阻抗为50 的传输线上,用亚纳秒脉冲源进行频响标定,表明该探头的响应约为150 ps。高压实验结果表明该探头能够正确获取高电压快脉冲信号,工作稳定可靠。     

采用罗戈夫斯基线圈诊断径向束流

 罗戈夫斯基线圈具有结构简单、高频特性好等特点而被广泛应用于脉冲电流测量。提出了用两个自积分式罗戈夫斯基线圈诊断径向束流的方法,在此基础上设计了两个用于径向束流诊断的自积分式罗戈夫斯基线圈,对其进行了标定。当标准电流的上升沿为30 ns时,罗氏线圈响应时间约为10 ns;整个系统的测量误差约为4.7%。从标定结果来看,该系统的频率响应特性和测量精度能够满足ns级束流诊断的要求,该方法可以用于径向结构高功率微波器件的束流强度测量。     

快脉冲高电压大电流测量探头标定方法

基于脉冲形成原理提出了一种快脉冲高电压大电流测量探头的在线标定方法。利用闪光二号加速器输出线和二极管作为脉冲形成线,结合研制的低电感开关和负载,产生一个前沿小于3 ns、脉宽20 ns的准方波,对二极管电压测量探头微分型电容分压器和电流测量探头微分环进行了在线标定,得到测量探头在实际使用环境中的时间响应小于4 ns。该方法消除了非在线标定环境和实际环境无法统一对标定结果的影响,可推广应用于传输线型脉冲功率装置的探头标定。     

强流脉冲电子束位置测量探头标定结果不确定度分析

根据探测器测量原理和标定方法、特点,分析其位置测量的不确定度主要来源于测量过程的A类不确定度、B类不确定度和最小二乘法引入的拟合不确定度,确定了各个不确定度的计算方法,得到了探测器的合成不确定度,对于应用于神龙二号直线感应加速器的电阻环和磁探测器,其合成不确定度约为0.1 mm。     

衍射现象对高精度偏转器设计的影响

基于波动光学理论,计算了由衍射、球差和色差三者共同作用的电子束斑电流分布,得到了电子束斑的精确信息和电子束曝光机的轴上分辨率。针对某一个具体系统的不同电子束孔径角,以偏转器的位置和相互转角为变量进行了偏转系统的优化设计;综合考虑了电子光学系统的衍射、轴上像差和偏转像差三者与光阑孔径角的不同关系。得到了光柱体的最佳总体性能,保证了电子束曝光机的高分辨率和均匀性。     

Measurement of azimuthal magnetic fields in a Z-pinch gas discharge using the faraday rotation of a probe beam

The Faraday rotation of the plane of polarisation of a probe beam by azimuthal magnetic fields in the presence of beam deflection caused by refractive index gradients is discussed for a plasma carrying an axial current. A method for calculation of the magnetic field profile from experimental data is described. Bθ can be found by Abel inversion if the electron density is known and if deflected rays can be collected by an optical system and focussed onto a detector. Typical Faraday rotations calculated for the Bennett pinch assuming small beam deflection are found to be proportional to the plasma current and to the angle of deflection. If the probe beam wavelength is chosen to satisfy the approximate relation N₀λ² ≈ 3.5 × 10¹³ m^-1, where N₀ is the electron density on the axis, measurement of Bθ with beam deflections less than 2 × 10^-2 radians should be possible in cases where small rotations can be detected in the mid-to-far infra-red part of the spectrum.     

复杂流场的超声-激光测量原理研究

本文从复杂流场—旋涡场参量的超声—激光测试方法的需要出发,论述了超声波产生的声相位光栅对激光产生的偏转效应.并研制了适用于产生空气超声相位光栅的大功率高频超声换能器、位移灵敏接收器、数字相位差测定仪等设备,采用了超声发射的匹配技术等,从而获得了明显的空气超声-激光偏转效应,并且测定了两光束的偏转时间差.本文的结果为利用超声-激光的空气声光偏转效应测量空气旋涡流场参量提供了实验依据.     

Dynamical chaos and stochastic mechanism of high-energy negatively charged particle deflection by bent crystals

Deflection of high-energy negatively charged particles in straight and bent crystals through multiple scattering by crystal atomic strings was considered for the case in which the initial angle between the particle momentum and one of the main crystallographic axes was approximately four critical angles of axial channeling. It was shown that in a bent crystal with a small crystal thickness, when the crystal bend was less than the beam incidence angle, the beam deflected in the direction opposite to the direction of the crystal bend. At larger crystal thicknesses, the large part of the beam starts to deflect in the direction of the crystal bend. In addition, there is a group of particles that follow the crystal axis bend in the angular region of approximately the critical angle of axial channeling with respect to the current direction of the crystal axis. It was shown that in all of these deflection processes, the periodicity of the location of atomic strings in the crystal does not influence the angular distributions of scattered particles. This fact is connected with the effect of dynamical chaos in particle motion in the periodical field of bent crystal atomic strings. It was also shown that observed in a recent CERN experiment effect of beam deflection, when the angle between the initial particle momentum and the crystal axis was approximately four critical angles of axial channeling, is due to peculiarities of the stochastic multiple scattering of particles by bent crystal atomic strings. These peculiarities are connected with the effect of dynamical chaos in particle motion in crystals.     

空腔中B-dot的低频响应特性北大核心CSCD

针对空腔中B-dot的频响特性开展了分析。当频率低于一定值时,安装在空腔中的B-dot探头的输出信号存在低频分量增益,可以用一个"负时间常数的RC高通滤波器"描述其频响特性,其本质是低频段为增益的高通滤波器。采用不同等效频率的RLC回路连接安装B-dot的传输线,开展了B-dot探头低频响应的实验研究,结果表明,被测信号等效频率不同时,标定得到的磁通穿透特征时间常数以及互感系数有所不同。因此,为得到正确的修正系数,应当使标定波形的等效频率尽量接近实测波形。