基于Hilbert变换的相空间重建方法在HLS逐束团测量系统中的应用

引入基于Hilbert变换的相空间重建手段, 对合肥光源(HLS)逐束团测量系统采集的数据进行了全面的分析, 其中包括单个束流位置监测器(BPM)数据的相空间重建, 逐圈逐束团振荡相位信息、束团振荡模式信息、逐束团横向工作点(tune值)变换. 提出了新的分析束团tune值的手段, 提供传统方法无可比拟的更高的时间和频率分辨率. 还对不同模式的阻尼率进行了计算, 这为衡量逐束团反馈系统的效果提供了确实可靠的方法.     

模拟低频反馈系统的初步尝试

 为了提高注入束流的积累，抑制由于注入系统误差引起较大的β残余振荡是非常有必要的。较系统地介绍了利用合肥光源逐圈测量（turn by turn）系统［１］，研究束流不稳定性，并给出了抑制注入β振荡的反馈系统设计原理和线路及初步实验结果。作为原理论证和预研，使用了一个相对简单的模拟滤波移相器对Kicker过程激发的β振荡进行反馈，得到了明显的对damping时间和振荡幅度的抑制作用，为以后低频和高频逐束团（bunch by bunch） 反馈系统研制和抑制束流的横向和纵向不稳定性的研究打下了良好的基础。     

合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断

为了研究储存环束流多束团纵向运动特性,在合肥光源（HLS-II）上研制了一套逐束团相位测量系统。该系统利用示波器直接采集BPM和信号,采用过零点检测法、时间差分（Temporal Difference, TD）法相结合的方法从BPM和信号中提取出逐束团相位。介绍了逐束团相位测量系统的系统构架、相位提取方法以及在HLS-II上的一些实验结果。通过对该系统记录的5 ms时间长度的逐束团多圈相位数据的离线分析,得到多束团纵向运动的同步振荡的频率、纵向工作点、束团振荡的模式信息以及振荡模式增长率等特征信息,诊断出HLS-II在top-off恒流运行期间存在2个较强的纵向耦合束团不稳定模式,并提取出了2个振荡模式的增长率。该系统的逐束团相位测量结果及相关纵向不稳定性分析可为机器研究、纵向反馈系统调试评估及高频RF系统的性能评估等提供参考。     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

束流逐圈位置测量在BEPC储存环上的初步应用

介绍了利用合肥同步辐射光源(HLS)的逐束团位置测量系统在北京正负电子对撞机(BEPC)上进行的逐圈位置测量实验. 在不同条件下对束流进行逐圈位置测量, 得到束流的相运动图像并观测了阻尼效应. 利用基频数值分析(NAFF)方法对逐圈位置数据分析得到高精度的束流频谱, 可以由此研究各种效应引起的工作点漂移. 实验中观测到特定工作点下由色品校正六极子引起的束流共振现象, 并对此作了合理解释.     

模式独立分析方法在加速器逐束团研究中的应用

在加速器束流诊断中,为了对获取到的逐束团位置数据降噪处理,以获得测量精度更高的数据用于进一步研究,上海光源束测组在束流注入阶段位置数据分析中引入并扩展了模式独立分析方法。将此方法中的数据处理对象由多个束流位置探头获取到的逐圈位置数据矩阵更改为单探头逐束团多圈位置矩阵,通过对矩阵进行奇异值分解提取其主要运动模式。此方法有效地将随机噪声与具有物理意义的真实信号分离开来,提取出加速器物理学家真正关注的束流运动模式,便于后续的束流不稳定性分析。     

合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计

 介绍了在合肥光源开展逐束团测量（横向和纵向）和横向束流反馈系统研究和研制的重要性,同时还介绍了设计思想。合肥光源高频频率为204 MHz，因此，系统至少需要100 MHz的带宽。还较详细地介绍了宽带部件和系统参数的选择原则。该系统不仅可用于研究由于高频腔中的高阶模和真空室的阻抗壁效应所引起的耦合束团不稳定性，而且还能抑制耦合束团不稳定性振荡、快速束流离子不稳定性和注入大幅度振荡等，从而将提高机器的运行性能。     

BEPC横向阻尼时间的测量

 利用逐束团测量系统在BEPC储存环中跟踪单个束团得到其多圈位置振荡信息，获得BEPC储存环的横向阻尼时间与束流流强、色品、八极子和束流能量的关系，并通过分析得到了BEPC储存环辐射阻尼时间为52 ms。实验结果表明：流强越高、色品越大，阻尼率也就越大；束流流强为4.7 mA时八极子强度的变化对阻尼率没有影响；束流流强为5 mA时，阻尼率随束流能量升高而减小。     

上海光源工作点在线监测系统

上海光源储存环运行在恒流注入(top-up)模式下每10min注入一次,注入引起的β振荡为测量工作点提供了有利条件。通过数字束流位置处理器采集储存环注入时的逐圈数据,对数据进行快速傅里叶变换计算获得工作点,以此搭建了刷新间隔为10min的工作点在线监测系统。2014年上半年的运行结果表明,该系统能够有效检测工作点变化并评估加速器工作点可达到的最优性能。利用该系统能够及时发现加速器运行异常,并结合各设备运行状态可有效定位异常原因。     

改进的合肥光源逐束团流强测量方案

 对于多束团运行的储存环，逐束团流强的测量是研究注入填充和束流不稳定性阈值等的重要内容。介绍了加速器常用的一些逐束团监测手段，在此基础上，利用HLS（Hefei Light Source）现有的逐束团测量设备，并配合相应前端信号处理电路，进行了HLS储存环逐束团流强测量。实验线路方面，在传统的高频频率倍频信号检波的基础上，尝试了新的与同步方波信号检波的方法。分别在多束团和单束团情况下对HLS的束团流强进行了连续检测实验，对实验结果进行线性拟合，得到了定标结果，结果表明系统的1阶线性拟合标准偏差均在1%左右；最后对其中非线性部分的物理本质进行了解释。     

电子束曝光机偏转系统及可动物镜分析

电子束大扫描场偏转系统设计中 ,像差的确定是一个必须解决的实际问题。以SDS 3电子束曝光机的磁复合偏转系统为基础 ,以双通道扫描原理进行扫描 ,分析了像差与电子束主轨迹的关系。给出了可动物镜的条件 ,并利用这一条件分析电子束最佳轨迹的结构和方法。并使用计算机辅助设计研究电子束曝光机聚焦偏转系统的结构。由该电子束曝光机试验结果表明 ,复合系统结构简单紧凑 ,像差小而可以不用动态校正。采用矢量描写电子轨迹 ,以积分式表示像差。以 0 .0 0 5rad半张角 ,5× 10 -5的高压纹波 ,5 0mm的像距 ,10mm× 10mm扫描场的边脚处 ,使动态校正前的总像差为 0 .0 3μm。     

一种用于偏扫电流校正的特征点参数采集装置

电子束快速成型设备偏扫系统工作频率高,磁偏扫装置的铁损、涡流等损耗导致偏扫轨迹产生偏差。通过获取偏扫区域内特征点基准偏扫参数并由插补算法计算区域内任意一点偏扫参数,能够较好地抑制动态偏差;但由光学观察系统判断电子束斑点位置所获得的基准偏扫参数精确性较低。为提高偏扫轨迹精度,在现有电子束快速成型机上加装一种特征点参数采集装置,收集产生的二次反射电子,通过二次反射电子信号判断特征点通孔中心与电子束斑点中心的对中性。实验表明:当电子束斑点位于特征点中心且聚焦于上表面时,二次反射电子信号最小,此时获得的基准偏扫参数精确性高,能够提高电子束偏扫加工的精度。     

BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。     

Laser Alignment Techniques for Simultaneously Measuring Five Degree-of-freedom Deviations of the Object

An optical measurement system has been developed for the simultaneous detection for five degree-of-freedom (DOF) deviations of the object. The measuring system designed bases on laser holographic technique, laser alignment technique, laser drift compensation technique and magneto-optic modulating technique where a single laser beam is used as datum line. This measuring system is applied to multiple degree-of-freedom alignment and measurement of fine deviation, and it carries out the automatic testing in a deformation of machine tool, or the loaded axon in a strain wind tunnel balance. Through actual calibration and measurement, the resolution of the system is estimated to be 4 μm for linear displacement error measurement and better than 2″ for angular error measurement with a 1 m offset between laser and a photoelectric receiving target.     

Laser Alignment Techniques for Simultaneously Measuring Five Degree of freedom Deviations of the Object

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆａｗｏｒｋｐｉｅｃｅｏｒｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｔｉｔｕｄｅｏｆａｎｏｂｊｅｃｔｉｎｓｐａｃｅａｌｗａｙｓｒｅｑｕｉｒｅｓｕｐｔｏｓｉｘｄｅｇｒｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ,...     

上海光源储存环横向反馈系统模拟计算

在同步辐射光源中, 阻抗壁不稳定性是一个很严重的问题. 要保证储存环在高流强下正常运行, 就需要安装一套横向反馈系统. 为了了解在横向反馈作用下束流的动力学性质,建立了一套横向反馈模拟计算程序. 并用该程序模拟计算了上海光源储存环横向反馈系统在闭轨误差(COD)、束流位置探测器读数误差以及梳状滤波等条件改变下的反馈效果.     

红外对射式机床安全保护系统研究

利用对射式红外线收发模块、记忆自锁继电器和语音录放模块,设计了红外对射式机床安全保护系统。当操作者未进入危险区域时,安全保护系统没有反应,一旦有人的身体或其中的一部分进入危险区域遮断红外光束时,系统立即报警,同时控制电路输出控制信号至机床安全执行机构,使机床紧急制动,从而避免机床设备的损坏和人身伤害事故的发生。机床安全保护系统为模块化结构,具有安全、可靠性高、通用性强、电路简单、维修方便、耗电省、成本低、工作稳定、对光容易、抗振动与抗干扰能力强等特点,适合在冲压机械、注塑机,数控机床、剪板机、弯板机、油压机等机床设备上安装使用。     

Positive ion extraction from plasma source and its application in fusion research

Neutral Beam Injection (NBI) is well established technique for heating tokamak plasma and is used in all fusion research programs [1–2]. In our Steady state Superconducting Tokamak (SST) machine [3], neutral hydrogen beam power of 0.5 MW at 30 kV is required to raise plasma ion temperature of ∼1 keV. Future upgrade of the SST will require 1.7 MW of H^o at 55 kV. To fulfill this requirement, an ion extractor system (heart of any NBI system) has been designed to extract 35A H⁺ beam current at 30 kV and of 90 A at 55 kV respectively [4]. In this paper, we have described the physics and ion beam optics study for an ion extraction system suitable for above mentioned long dynamic range of acceleration voltage. The ion beam optics simulation result is used as an input to the engineering design. After fabrication, its performance test has been done. The experimental results are in very good agreement with beam optics simulation.     

Physics design of CYCAIE-100

The design and construction of Beijing Radioactive Ion-beam Facility (BRIF) was started at China Institute of Atomic Energy -CIAE) in 2004. In this project, a 100 MeV high intensity cyclotron, CYCIAE100, is selected as a driving accelerator for radioactive ion beam production. It will provide a proton beam of 75—100 MeV with an intensity of 200—500 μA. The scheme adopted in this design, i.e., stripping the accelerated H-, makes the structure more compact and construction cost much lower. At present, the design for each system has been accomplished. This paper depicts the basic physics design of the machine, including its major structure and parameters, beam dynamics and each relevant system, e.g. basic structure of the main magnet, numerical simulation of the RF resonant cavity, axial injection system, central region, and study on crucial physics problems concerning the extraction and beam lines. The major problems encountered during the design of CYCIAE-100 are also summarized in this paper.     

合肥光源储存环温度监测系统

温度是影响电子束轨道稳定的重要因素之一, 大多数加速器都需要为其建立完备的冷却恒温系统及相应的监测系统. 描述了合肥光源基于EPICS(Experimental Physics and Industrial