轴向B-dot束流偏角探测器信号的频域处理

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1 mrad。     

强流束流偏角探测器模拟与测试

基于束流横向偏角与束流产生轴向磁场成正比的原理,设计了环状PCB结构的轴向B-dot探头,用于直接测量束流偏角。设计并搭建了标定平台对探头进行了测试,同时利用CST MWS程序对探头进行了建模计算。计算结果与实验结果一致,表明了轴向B-dot探头可直接应用于束流偏角测量。分析了影响探头频率适用范围的原因,并根据模拟计算结果给出了改进措施。该探测器在标定平台输入上升时间130ns,半高宽160ns的高压信号时,探头对偏角信号的响应灵敏度为314mV/(kA·mrad)。     

强流束流偏角探测器模拟与测试

基于束流横向偏角与束流产生轴向磁场成正比的原理,设计了环状PCB结构的轴向B-dot探头,用于直接测量束流偏角。设计并搭建了标定平台对探头进行了测试,同时利用CST MWS程序对探头进行了建模计算。计算结果与实验结果一致,表明了轴向B-dot探头可直接应用于束流偏角测量。分析了影响探头频率适用范围的原因,并根据模拟计算结果给出了改进措施。该探测器在标定平台输入上升时间130 ns,半高宽160 ns的高压信号时,探头对偏角信号的响应灵敏度为314 mV/(kAmrad)。     

八电极束流能散检测器的计算与标定

针对合肥光源高亮度注入器设计了一种四轴对称八条带电极束流能散检测器(BESM),以实现束流能散的非拦截测量。理论推导了从BESM电信号中提取束流横向尺寸分量的公式。通过对BESM的灵敏度、阻抗匹配、电极的时域频域响应等的分析,确定了BESM的电极张角、半径、长度等各方面的物理参数。通过天线法对BESM进行了位置和四极分量的标定,得到了电中心相对于机械中心的偏移、 BESM的位置灵敏度和四极分量灵敏度等参数。通过对多组电信号和位置信号的处理拟合出了机械位置与对数比电位置信号的相关多项式,并给出了四极分量关于束流横向尺寸、束流中心位置以及它们高次项的经验公式。     

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50 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。     

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。     

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。     

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。     

基于输出误差模型的B-Dot传感器标定方法

B-dot传感器因其频带宽, 体积小以及良好的稳定性而广泛应用于电磁脉冲(EMP)测量。任何理论模型与实际情况之间都存在差异, 因此B-dot传感器必须在实验室环境下进行标定。针对传统的时域标定方法存在的弊端, 提出一种基于输出误差(OE)模型的频域标定方法。该方法利用单输入单输出的OE模型传递函数来表征B-dot传感器的频响特性, 然后通过部分线性回归求得传感器实际工作的频率范围的灵敏度系数。经验证, 该方法能够有效避免因阻抗突变引起的过冲或振铃现象对标定精度的影响。     

串列加速器电离性束流截面探测器设计

基于GIC4117串列加速器束流引出线束流测量需求,开展了电离型束流截面探测器设计工作,主要包括系统收集信号强度的计算,采用有限元软件进行电场系统、磁场系统优化设计,给出了电场系统与磁场系统设计参数。通过引入辅助磁场,测量系统能够实现束流轨道的自动校正,系统对束流的影响可以忽略。对影响测量精度的电离电子横向位置偏移进行了分析,并对电离电子进行轨迹跟踪。跟踪结果表明:电离电子在横向位置的运动偏移可以控制在0.3 mm以内,与理论分析一致。     

基于Gabor时频滤波的电磁超声螺栓轴力测量*

高强度螺栓轴向预紧力(轴力)的测量在工程应用中具有重要意义。使用电磁超声波对螺栓轴力检测时对超声回波声时测量精度要求较高,传统互相关估计法对超声回波声时估计易因噪声干扰发生估计错误,无法满足轴力测量精度要求。本文针对互相关法对电磁超声测量信号声时估计存在不准确的问题,提出了Gabor时频滤波法。通过螺栓轴力测量实验采集测量信号,对测量信号进行Gabor变换,在时频域中进行滤波,再对去噪后的信号进行互相关估计测得信号的声时,进而计算出螺栓轴力。实验表明：Gabor时频滤波法能有效地滤除电磁超声信号中的噪声,改善互相关估计的稳定性,提高螺栓轴力测量的准确率。     

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。     

测量数MA脉冲电流的探头设计与标定

为获得聚龙一号装置负载区电流,设计了测量探头,通过频响测试得到探头的频率上限为51.7MHz;针对标定装置的逼真性进行了分析,实验结果表明,负载区电流探头的灵敏度在误差范围内不受柱孔盘旋面的影响。通过标定结果的外推分析可知:外推是否可靠是由探头能否满足相应测量的工作条件决定,而不是受外推的数量级限制。通过探头测量范围的分析及相应干扰实验,认为标定满足测试需求。实测结果表明负载区电流与磁绝缘传输线电流的测量结果自洽。     

测量数MA脉冲电流的探头设计与标定

为获得聚龙一号装置负载区电流,设计了测量探头,通过频响测试得到探头的频率上限为51.7 MHz;针对标定装置的逼真性进行了分析,实验结果表明,负载区电流探头的灵敏度在误差范围内不受柱孔盘旋面的影响。通过标定结果的外推分析可知：外推是否可靠是由探头能否满足相应测量的工作条件决定,而不是受外推的数量级限制。通过探头测量范围的分析及相应干扰实验,认为标定满足测试需求。实测结果表明负载区电流与磁绝缘传输线电流的测量结果自洽。     

A deconvolution technique for B-dot signals from aplasma-driven electromagnetic launcher

A novel technique is being developed to quantify the current distribution in the plasma armature of an electromagnetic launcher (EML). The technique relies on data from B-dot probes inserted above the barrel of an EML. The current distribution is found by taking the fast Fourier transform of the integral of the B-dot signal and deconvolving it with a geometry-dependent weight function. The result allows calculation of the total plasma length and total current magnitude. The author describes the signal-analysis technique, discusses results obtained from theoretical B-dot signals, and suggests possible sources of error which may be encountered when deconvolving experimental B-dot signals