数字锁相检测在合肥光源逐圈测量系统的应用

从其原理出发,分析了数字锁相检测在逐圈束流位置测量系统中用于束流振荡阻尼率(增长率)计算的可行性,并在Matlab中对其进行了仿真计算。将该方法应用到合肥光源逐圈测量系统中,进行了Beta振荡的增长和阻尼时间的计算,结果显示振荡增长时间约为0.26ms,阻尼时间为1.2ms(反馈系统调试时)。仿真和实验结果都表明,数字锁相检测可以有效用于逐圈测量系统中阻尼率的计算。     

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。     

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.     

合肥光源逐圈测量系统试验结果及其在注入调试中的应用

 介绍了合肥光源(HLS)逐圈束流位置测量系统在升级后的注入系统联调中的作用。该逐圈测量系统信号处理器采用对数比电路，数据获取采用NI5102 ADC。为了保证长达2s数据获取，采样数据通过突发的DMA方式实时写入工控机的系统内存。注入Kicker用作为激励束流，以便监测衰减率和研究β振荡。     

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。     

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。     

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.     

基于EPICS的CSRe束流诊断控制系统升级

兰州重离子加速器(HIRFL)冷却存储环的实验环（CSRe）提供高品质的束流用于高精度的质量测量、原子物理等实验研究,实现束流参数的准确测量是进行物理实验的前提保障。目前,CSRe加速器控制系统已升级为EPICS架构。介绍了基于EPICS的束流诊断控制系统现状,并利用升级后的控制系统测量了束流相关参数。其中,束流位置系统能够测量注入束流的逐圈位置信息,测量结果发现束流在注入过程中存在一定程度的震荡,影响注入效率。流强测量系统通过高分辨的数据采集卡实现对DCCT信号的精确测量,同时增加了D事例触发功能。升级后的控制系统,可以实现束流参数的测量,并集成于加速器控制系统的EPICS CSS界面。     

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。     

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。     

合肥光源横向反馈系统的改进与试验结果

介绍了在合肥光源横向模拟反馈样机系统进行的改造和升级。主要包括前端束流位置信号处理模块的重建和与直流成分剔除单元模块。同时还进行了信号矢量合成模块的优化与改造、增加独立可调增益模块以及优化信号传输线路在内的重要改进。对改进后的反馈系统进行了抑制耦合束团不稳定性试验,相关试验数据分析结果表明,反馈系统提供的注入阻尼率提高了一个数量级。     

用横向反馈系统对上海光源多束团不稳定性的诊断

在上海光源二期升级改造过程中,为了解和追踪由阻抗引起的多束团不稳定性变化以及升级后的横向反馈系统对这种不稳定性的抑制效果,在机器研究中利用新反馈处理器的诊断工具记录了束流不同状态下的横向运动过程,分析得到了最主要的横向多束团不稳定模式在束流稳态、注入瞬态以及增长-衰减过程中的变化情况,评估了横向反馈的作用效果,计算出该模式增长率/阻尼率以及增长率与束流的依赖关系。     

Transverse emittance blow-up from beam injection errors in synchrotrons with nonlinear feedback systems

The problem of transverse emittance blow-up from beam injection errors in synchrotrons with nonlinear feedback systems is considered. The relative emittance growth is calculated for linear and nonlinear feedback transfer functions. Effects of an increase of the damping decrement of the beam coherent oscillations and of a decrease of the coherent transverse amplitude spread of different bunches in case of the damper with a positive cubic term in the feedback transfer function are discussed. The text was submitted by the author in English.     

合肥光源逐束团横向反馈系统

 介绍了在合肥光源研制的一套横向(x, y方向)高频、宽带逐束团测量和反馈系统,以及抑制耦合束团不稳定性的初步实验。其中重点介绍了在该系统研制过程中所涉及的部分关键技术：矢量运算模块的开发使得反馈系统的调试简易方便;Notch滤波器用于滤除反馈信号中的直流分量以及回旋频率分量,节省反馈功率;激励条带的研制。初步的反馈实验结果表明：反馈系统开启后不稳定性振荡得到抑制。     

Transient beam response in synchrotrons with a digital transverse feedback system

The transient beam response to an external impulse force in synchrotrons with a digital transverse feedback system is studied. The experimental data on damping coherent transverse oscillations of bunch excited by a discrete-time unit impulse in the Large Hadron Collider (LHC) are analyzed. Good agreement between the measured and theoretically predicted decrements has been obtained. A method of feedback fine tuning based on measurements of the bunch response to a harmonic excitation impulse is discussed.     

Stability of an ion beam in synchrotrons with digital filters in the feedback loop of a transverse damper

The stability of an ion beam in synchrotrons with digital filters in the feedback loop of a transverse damper is treated. A transverse feedback system (TFS) is required in synchrotrons to stabilize the high intensity ion beams against transverse instabilities and to damp the beam injection errors. The TFS damper kicker (DK) corrects the transverse momentum of a bunch in proportion to its displacement from the closed orbit at the location of the beam position monitor (BPM). The digital signal processing unit in the feedback loop between BPM and DK ensures a condition to achieve optimal damping. Damping rates of the feedback systems with digital filters are analysed in comparison with those in an ideal feedback system.     

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.

     

合肥光源基于同步光的测量与研究

介绍了合肥光源同步光测量系统, 包括条纹相机系统、快速光电测量束团长度系统、束团横向截面测量系统和光位置测量系统. 利用条纹相机系统和快速光电测量束团长度系统进行了束团长度测量和束团伸长效应的研究. 利用束流截面测量系统进行了六极铁对横向不稳定性抑制效果和横向反馈系统反馈效果的测量研究. 光位置测量系统采用丝型光位置检测器和自行研制了对数处理器, 用于测量光源点的束流位置和角度.