振动线准直技术的原理和研究概述

振动线准直技术是一种通过直接测量空间磁场分布情况来进行磁铁设备准直的方法,其原理完全不同于目前国内正在使用的基于磁铁机械结构进行准直的方法。振动线方法具有很高的准直精度和灵敏性,可以用于单个磁铁磁中心测量、磁铁准直标定和多块磁铁磁中心准直等。主要介绍了振动线准直技术的原理、起源和国际上的应用研究概况。     

振动线数据采集和数据处理方案设计与验证

振动线理论提供了一种高精度准直方法,将振动线理论应用于共架磁铁准直,可大大提高共架磁铁间的准直精度。介绍了应用振动线准直共架磁铁的实施方案,从总体方案出发,以振动线理论为依据提出了一种振动线系统数据采集和数据处理设计方案,并对传感器工作点对准、导线电流测量、数据采集设备选取、磁感应强度计算、磁场中心计算等关键问题进行分析,给出了解决方案。最后通过实验验证了方案的可行性以及系统的测量精度。     

粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法北大核心CSCD

在高能同步辐射光源中,为了提高磁铁的准直精度,采用磁中心代替机械中心进行磁铁标定,通过振动线或旋转线等技术获得磁铁的磁中心位置,以及通过电容式位移传感器测量得到丝线的位置,从而实现磁中心与准直靶标的关联。为了实现丝线位置的高精度测量,必须对电容传感器进行精确标定,因此介绍了一种电容式位移传感器,并对其标定方法进行了研究,提出了网格化的数据采集方式以及高阶多项式拟合的数据处理方法,搭建了传感器标定平台并开发了相应的标定控制程序,实现了对传感器的自动控制、数据采集和高精度标定过程。经过分析与对比,标定后的电容传感器达到μm级的位移测量精度,为磁铁的高精度准直提供了基础。     

高能同步辐射光源验证装置振动线准直系统结构设计

振动线准直技术是为了满足新一代同步辐射光源对超低发射度的要求而正在研究的准直技术。新光源要求磁铁具有极高的准直精度,同一支架上的磁铁间准直精度要求小于±30μm。介绍了高能同步辐射光源验证装置振动线准直系统的设计,描述了振动线准直系统的具体机械结构方案、电路结构方案和运动控制与数据采集方案等。     

CSNS四极铁标定方案分析

围绕CSNS 四极铁的中心引出标定方案进行研究,重点分析基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值;同时对每块磁铁进行两遍旋转中心和机械中心标定,比较其中心偏差标准值,分析结果表明:基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值为0.1 mm;通过两遍旋转和机械中心标定,获得的CSNS四极铁的标定重复性精度在0.03 mm之内;旋转和机械中心的 偏差标准值为0.1 mm。因此同类型、同准直精度要求的设备准直在无法实施磁中心标定情况下,不能直接用机械中心代替旋转中心标定,而采用旋转中心标定,再叠加旋转和磁中心偏差进行改正的标定方案则能很好地满足当前设备准直的精度要求。     

基于束流的准直的初步实验研究

束流位置探头电中心相对于邻近四极磁铁磁中心的位置偏移,可以通过基于束流的准直技术加以确定,其准直精度可以比用传统的准直方法提高一个数量级.介绍了基于束流的准直的基本原理和在BEPC储存环上的初步实验结果,以及对今后进一步开展该项实验研究的设想.     

基于合肥先进光源的准直参考网络机械系统设计及其仿真分析

新一代粒子加速器中磁铁位置与姿态的准确测量和安装依赖于各项技术的综合运用。实现磁铁在全局坐标系中准确定位,并且快速精密安装测量,为了建造高亮度、低发射度的第四代同步辐射光源,国家同步辐射实验室开展了"合肥先进光源(HALF)"的预研工作。作为准直测量系统的重要研究内容,创新性地提出了准直参考网络方法。为了保证准直测量精度,对准直参考网络的机械系统本身的形变要求很高,通过ANSYS软件对机械系统整机进行了静力学仿真,根据分析结果对准直基准板进行了优化设计,使其满足工作条件要求。     

HIAF-BRing快脉冲二极磁铁磁场测量系统

介绍了强流重离子加速器装置HIAF(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility)项目增强器BRing(Booster Ring)快脉冲二极磁铁的性能指标、测量要求和测量方法,描述了快脉冲二极磁铁稳态磁场测量系统及动态磁场测量系统的构成。在稳态磁场测量中,为提高积分磁场测量精度和测量效率,长线圈测量系统采用了on fly技术;在动态磁场测量中,研制了用于磁场延迟及磁场畸变测量的矩阵线圈。通过样机磁铁的测量,完成了测量系统的性能指标验证和磁铁的稳态磁场测量。实测结果表明,样机磁铁的设计和制造均达到了预期指标,并依据测量数据完成了磁铁的二次削斜。     

高能同步辐射光源磁铁数据库系统的设计

高能同步辐射光源(HEPS) 磁铁数据库系统的开发过程包括数据库设计、数据库创建以及用于存储查询的网页管理系统的整体结构设计和开发。根据对磁铁相关数据格式和功能需求的调研, 整个系统采用MySQL数据库, 将HEPS的磁铁相关数据规范统一地存储, 包括磁铁设计参数、磁铁设备信息和磁铁测量数据等。同时, 开发了一套基于web的数据录入、查询管理系统, 能够提供便捷的数据展示、数据获取等功能, 并可以连接HEPS命名数据库、参数数据库等, 对于磁铁设备的安装、运行和维护以及HEPS整体的设备信息管理具有重要的意义。     

一种用于波荡器磁中心高精度标定的磁靶标

波荡器磁中心轴的标定是保证自由电子激光装置波荡器安装准直精度的重要前提。介绍了一种利用磁靶标实现波荡器磁中心高精度标定的方法。设计制造了由若干块永磁块组合构成的磁靶标,其能产生一正一斜两个高梯度四极场。测出了两四极场垂直分量的零点位置分布并依此给出了磁靶标的具体使用方法。结果表明:标定后的波荡器磁中心在磁靶标坐标系中水平方向测量精度好于±20 μm,垂直方向测量精度好于±2 μm。     

磁铁快速安装准直方法在HLSⅡ升级改造中的应用

合肥光源进行重大升级改造(HLSⅡ)的磁铁安装准直工程要在有限的时间内对近120块各型磁铁进行安装准直调节。为了保证磁铁安装准直任务顺利完成,结合合肥光源自身特点,合理使用了多种测量仪器和软件,在元件坐标系下直接进行磁铁安装准直,极大地提高了工作效率和安装精度。在经过先后三次准直安装调节后,所有磁铁均安装准直就位,定位精度达到预定要求。     

HIRFL-CSRe二极铁积分磁场测量

 介绍了兰州重力加速器冷却储存环实验环二极磁铁积分长线圈测磁装置的构成，描述了实验环二极铁的分散性测量、横向分布测量、传递函数等测量内容及测量方法。实验环二极铁采用不断地加减硅钢铁片垫补和加调整线圈电流的方法来调整二极磁铁的有效长度来改变分散性。通过垫补和测量，二极磁铁的分散性在优化磁场时达到±2×10^-4。同时给出了二极铁的横向分布和传递函数的测量结果。对二极铁的设计和加工进行了修正。     

CCD扫描检测光束准直度

提出一种检测光束准直度的新方法。在对波面矢高进行定义的基础上,提出CCD轴向扫描检测激光束准直度的方法。利用采样光波在会聚透镜后形成的衍射图样,测量两个相同基准衍射图样之间的距离,即可确定入射光波的波面矢高,进而确定入射光波的准直度。在给出测量原理及模拟基准衍射图样的基础上．进行了实验验证。CCD轴向扫描方法具有结构简单、加工便利、操作方便的特点,是检测光束准直度的有效方法。     

中国散裂中子源旋转线圈测量系统研制

中国散裂中子源(CSNS)加速器主要由一台直线加速器、一台快循环加速器以及低能、高能输运线组成。针对CSNS加速器部分直流磁铁研制了一套旋转线圈测量系统。对系统的研制方案、功能、精度、完成的磁铁类型以及部分测量结果进行介绍。该系统解决了CSNS批量磁铁之间的不同中心高度、质量、有效长度、磁场强度的兼容性难题。经过测试运行,积分场测量重复性误差好于±0.02%,空间谐波重复性误差好于0.005%,磁中心测量重复性误差好于±0.03 mm,顺利完成了中国散裂中子源工程150台多种类型磁铁的检测任务。     

基于预估测量值的EKF在手臂测姿中的应用

针对载体线性加速度以及周围局部磁干扰对姿态测量精度的影响,基于已有的惯性测量单元,设计了一个基于四元数的实时估计手臂姿态的扩展卡尔曼滤波器(EKF)。提出利用四元数引入加速计和磁强计的预估测量值构造自适应测量噪声协方差阵的方法,结合QUEST算法,来判定姿态角解算对陀螺仪、加速计和磁强计输出信息的依赖程度,以此来提高测量精度。文末通过实验仿真对该方法进行了验证,并对实验结果和电磁跟踪系统采集到的数据进行了比较,结果表明,本文提出的方法能显著提高手臂姿态测量精度,可有效满足应用要求。     

Sagnac型光学电压互感器传感单元非线性误差分析与抑制

基于Pockels效应的Sagnac型光学电压互感器的传感单元是由法拉第准直旋光器和BGO晶体构成,其中由偏振串扰引入的非线性误差是影响互感器测量精度及稳定性的主要误差来源。为了抑制传感单元存在的非线性误差,从主要光路器件及器件间的耦合点中分析产生偏振串扰的非理想耦合点及耦合机理,并提取表征该耦合点的误差特征参量,建立各非理想耦合点的传输模型,由此推导由传感单元偏振串扰引入的非线性误差模型,数值仿真并实验验证非理想偏振耦合对互感器性能的影响。在此基础上,提出了由BGO晶体敏感环境振动、温度波动等产生的非线性误差的抑制方法,实验结果验证了抑制方法的有效性。     

高能同步辐射光源地面网测量方案及数据处理

随着粒子加速器对束流的精确控制要求越来越高,对工程控制网的设计与测量提出了更高的要求,详细介绍了高能同步辐射光源（HEPS）工程测量首级地面控制网的布设及测量方案。地面控制网永久点标志布设于粒子加速器建筑隧道内,通过垂直通视孔与架设在线站大厅顶面的仪器铅锤对中,并形成平面互相通视的观测条件,实现了平面测站和坐标的联系传递;高程方向采用水平通视孔及门窗通视的方式实现水准测站和高程坐标的联系传递。由此构成了立体化通视与观测结构,这在国内同步辐射光源建设中有独特之处,有力保证了加速器轨道的精确控制。平面控制网分别采用GNSS控制网和全站仪边角网测量的方案,高程控制网采用室内隧道地面和室外地面水准测量的方案。在加速器隧道设备安装前进行了两次地面控制网测量,数据处理采用平面+高程的模式平差。经过不同测量方案的对比来验证测量过程的正确性,同时对比两次控制网的测量结果来验证可靠性。平均点位标准偏差为2 mm,反映测量成果的精确可靠,满足后续二级隧道控制网测量及设备安装准直需要。HEPS对永久控制点的稳定性提出了很高的要求,通过优化设计和特殊施工,在狭窄隧道空间内成功建设了超高、超细、高稳定的基岩隔空...     

双轴准直测量调节系统

根据"神龙一号"和"神龙二号"两台直线感应加速器的直线性偏差不超过±0.2 mm、角度误差不超过±2″和高程误差不超过±0.2 mm的总体精度要求,分析了影响准直安装精度的主要因素和误差限定值;确定了采用激光跟踪仪、全站仪和水准仪相结合,建立包括大六边形网和小四边形网两个层次的高精度控制测量网;再通过专门设计的串并联精密调节机构,依据合理的准直安装工艺达到准直安装的精度要求。经过在"神龙一号"直线加速器准直安装的验证,此方法满足精度要求。     

单色仪转角重复精度的相位板衍射准直方法测量

为准确测量上海光源软X射线谱学显微光束线采用的变包含角平面光栅单色仪的转角重复精度,提出了一种新的基于相位板衍射准直技术的测量方法.该方法将半导体激光单模光纤和相位板衍射准直技术结合起来,利用面阵CCD采集图像,通过测量光斑的位移变化确定平面镜和光栅的角度变化.实验表明.该方法可以测量掠入射情况下单色仪联动时的转角重复精度,测量精度可达士0.1",此测量精度优于同等实验条件下的商用ELCOMAT 3000自准直仪的测量精度.     

基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析

双稳压电悬臂梁结构常常用于振动能量采集系统,其中的非线性磁力与系统势函数和动力学方程的建立紧密相关,非线性磁力的正确分析和精确计算对系统振动响应和能量采集效果的准确预测至关重要.本文采用形状函数分析方法,通过悬臂梁弯曲斜率的整体积分计算,得到了悬臂梁末端的运动轨迹及其末端磁铁精确的位置与姿态,并由此根据磁化电流理论建立了双稳压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,给出了末端磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力及其合磁力的变化规律.数值模拟发现,随着末端磁铁竖直纵向位移逐渐增大,磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力都会依次由排斥力转变为吸引力,从而导致磁力合力的方向会随磁铁位移发生跨越两个象限的大幅度变化.实验验证表明,磁力计算结果与实验测量结果符合良好,其精确度优于现有文献方法的精度,因此本文的方法可以准确预测双稳压电悬臂梁振动过程的磁力变化规律.