小波分析方法在合肥光源逐束团测量系统中的应用

介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分,各成分在时间轴上的位置与原信号相同,原有的线性关系保持不变,在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中,小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算,也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率,为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。     

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.     

合肥光源逐束团测量系统研制

 逐束团测量装置属于宽带和实时测量，足以分辨重复频率为204 MHz的相邻束团的信号，设计功能包括横向水平和垂直Beta振荡，纵向同步相位振荡，束团填充等信息的实时检测。对信号频谱分析，系统参数设计，前端射频检测，锁相环信号合成，高速数据采集以及基于PXI的整个系统作了详细介绍，分析了若干调试和实验结果，并讨论了合肥光源储存环目前存在的不稳定性及该测试手段在诊断中的应用。     

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。     

储存环逐束团相位测量系统信号处理算法优化

为了进一步提高相位测量精度,上海光源束测组在原有逐束团相位测量系统基础上,提出了一种新的信号处理方式—相关函数法。此方法无需对原始束流信号进行低通滤波,通过直接在时域对示波器全部采样点进行模式匹配来计算逐束团相位,其优势在于数据处理仅受仪器带宽限制,可以保留更多的高次谐波信号。研究结果表明,新方法可避免低通滤波带来的束团间信号串扰问题,降低信号反射带来的系统测量误差。主成分分析法被用来评估相位测量分辨率,电荷量越大,分辨率越好。束团间精确的相位依赖关系还可用于储存环束流尾场及阻抗的分析。     

HLS-Ⅱ直线加速器能量调节及应用

为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节,设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量,储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量;使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描,获得各加速段的能量增益公式;定量调节速调管的输出相位和高压,实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明,该方案能快速实现束流能量调节,调节后的束流具有良好品质,束流横向能散小于0.22%,注入速率明显改善。     

BEPCⅡ零模束流反馈系统研制

 为了抑制BEPCⅡ多束团(93团)、大流强（910 mA）时的纵向振荡（零模）,引入了BEPCⅡ零模束流反馈系统。该系统首次应用于BEPCⅡ储存环上,它包括了束流信号采集、滤波、下变频、鉴相、移相等几个部分。使用该系统后,束流的纵向边带被抑制度大于10 dB,这表明,系统能够抑制束流的纵向振荡。     

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。     

对数比电路原理与低频工作点反馈系统

 在合肥光源注入系统升级改造后，尝试了几种方法来改进机器注入束流稳定性。研制了用于抑制注入过程残余β振荡的水平和垂直方向的工作点振荡抑制模块，尝试了包括逐圈测量和锁相环原理来激励和稳定束流等方法来跟踪工作点变化。详细分析了基于对数比原理的逐圈测量系统，包括单束团和多束团模式，证明在多束团模式下逐圈测量的可行性和意义，更新了数据采集和可远程控制的软件集成环境。     

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。     

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。     

Digital bunch-by-bunch transverse feedback system at SSRF

In order to suppress multi-bunch couple instabilities caused by transverse impedance, a bunch-by-bunch transverse feedback system based on a FPGA digital processor is commissioned at SSRF storage ring. The RF front end has two COD pre-rejected attenuators for increasing the system arrangement and signal noise ratio, and the 3*RF Local signal comes from the BPM’s sum signal using a FIR filter for avoiding the effect of longitudinal oscillation. The digital processor receives the coupled horizontal and vertical oscillation signals in the base band and transforms the coupled signals to the horizontal and vertical feedback signals with two series double-zeroes FIR filters. A matlab GUI is applied for producing the FIR coefficients when the tune is shifted. The horizontal and vertical Kickers have a special design for increasing the shunt impedance. Then the multi-bunch instabilities are suppressed respectively and the minimum damping time is about 0.4 ms.

     

用束流位置监测器精确测量储存环流强

 束流位置监测器（BPM）是粒子加速器束测系统中最为常见的元件,该探头输出信号中除包含束流位置信息外还包含电荷量等其它信息,可作为多参数束流诊断设备。采用BPM理论分析和数值仿真分析相结合的方法讨论了该种探头同时用于束流流强测量的可行性。在上海光源储存环上进行了束流试验,测定了全环140个BPM的流强标定系数,对BPM用于流强测量的分辨率、束流位置依赖性、频率依赖特性进行了测试,根据实验结果讨论了该方法在当前技术条件下所能达到的性能及其局限性。     

基于束流位置探测器的束团长度测量

分析了驱动电子束团的频域特性,研究了基于该特性进行长度测量的理论基础;使用三维模拟软件对束流位置探测器(BPM)进行建模,用模拟的方法对传输阻抗进行了数值计算;对不同长度的束团进行了测量和计算,并且分析了束团位置在真空管道中偏移对束团长度测量的影响。由测量结果可见,电子束团长度在10~100 ps(3~30 mm)时,测量误差均小于2%,满足中国工程物理研究院高平均功率自由电子激光太赫兹实验测量的使用要求。     

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.