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。     

同步光干涉方法对BEPCⅡ储存环束流的测量北大核心CSCD

利用同步光的可见光波段空间干涉方法,对北京正负电子对撞机储存环的束流横向截面垂直尺寸进行了测量。在同步模式下,测得束流横向截面垂直尺寸为155μm,测量结果与理论值符合得很好。此方法避免了同步光衍射带来的测量误差,并使结果更精确,且对其它非相干小尺寸光源也同样适用。     

上海光源同步辐射空间干涉仪研制

 研制了上海光源同步辐射空间干涉仪,用于储存环束团横向截面尺寸及发射度的精确测量。对干涉仪工艺设计中的光路参数、关键设备选型、数据处理方法及数据采集处理软件结构进行了分析讨论。结合束流实验完成了系统调试及运行参数优化,结果表明,CCD增益系数与曝光时间设置对测量精度有显著影响,增益系数设为0 dB,曝光时间设为200 ms时,随机测量误差可控制在μm量级。对上海光源储存环横向束斑尺寸进行了精确测量,结果表明:空间相干度曲线近似为高斯分布,可以采用单一空间频率的相干度测量值进行快速束斑尺寸计算;水平束斑尺寸实测值为52.4 μm,与理论值预期值53.0 μm相比,差异小于2%;系统测量误差约为5.5%,主要误差来源为相干度随机测量误差。     

合肥光源上采用干涉方法测量束流截面

 束流截面尺寸测量对优化系统参数、确保光源运行至关重要。采用干涉法测量合肥同步辐射光源束流截面垂直方向的尺寸。基于Cittert-Zernike 定理,利用双缝干涉条纹的对比度得出相干度和束流截面尺寸。测量系统由干涉成像与图像处理系统组成。进行了5组试验,试验结果证明了干涉法测量合肥同步辐射束流截面尺寸的可行性。     

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。     

同步光干涉方法对BEPCⅡ储存环束流的测量

 利用同步光的可见光波段空间干涉方法,对北京正负电子对撞机储存环的束流横向截面垂直尺寸进行了测量。在同步模式下,测得束流横向截面垂直尺寸为155 μm,测量结果与理论值符合得很好。此方法避免了同步光衍射带来的测量误差,并使结果更精确,且对其它非相干小尺寸光源也同样适用。     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明:光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

加速器束流诊断技术的新进展

介绍了加速器束流诊断技术的新进展, 包括束流位置测量技术、束团横向尺寸测量技术和束团长度测量技术. 束流位置测量技术主要介绍具有高位置分辨率的腔型束流位置检测器和数字束流位置处理技术. 束团尺寸测量技术主要介绍高空间分辨率的激光丝扫描器、光学渡越辐射和光学衍射辐射技术. 束团长度测量技术主要介绍高时间分辨率的相干辐射光谱技术、RF横向偏转腔、RF零相位技术和电光采样技术.     

上海光源储存环工作点测量系统

报道了工作点测量技术的研究现状,对束流频谱分析用于工作点测量的方法进行了详细说明。介绍了上海光源储存环工作点测量系统的物理需求、方案设计、硬件结构及关键设备选型。采用束流实验的方法对系统配置参数进行优化,对系统测量误差及分辨力进行测试评估,讨论了测量系统不同工作模式的优缺点,并给出加速器不同运行阶段应该采用的运行模式。优化后的上海光源工作点测量系统,其系统测量误差小于0.000 1,测量分辨力好于0.000 05,测量过程对束流轨道及等效束斑尺寸的扰动控制在μm量级,现已在上海光源运行及机器研究中投入实用。     

加速器束流诊断技术的新进展

介绍了加速器柬流诊断技术的新进展,包括束流位置测量技术、束团横向尺寸测量技术和束团长度测量技术.柬流位置测量技术主要介绍具有高位置分辨率的腔型束流位置检测器和数字束流位置处理技术.束团尺寸测量技术主要介绍高空问分辨率的激光丝扫描器、光学渡越辐射和光学衍射辐射技术.束团长度测量技术主要介绍高时间分辨率的相干辐射光谱技术、RF横向偏转腔、RF零相位技术和电光采样技术.     

HLSⅡ新的注入器束流强度测量系统

合肥光源升级改造任务已基本完成,注入器实现满能量注入。为适应新的注入器束流强度的测量需求,设计了新的注入器束流强度测量系统,该系统利用安装在真空腔上的3个快速束流变压器(FCT)和2个积分束流变压器(ICT),能够实现束流流强和电荷量的非拦截实时测量。为了准确获取束流参数,首先对束流变压器(CT)传输电缆进行了在线和离线标定;由于ICT输出信号信号幅度较小,噪声大,设计了低噪声前置放大器以改善信噪比;考虑低频谐波噪声和Kicker噪声的干扰,软件中通过适当的算法对噪声进行了处理;最后给出了部分在线实验结果。实验结果表明,束流传输效率约为27.4%,注入效率约为44.3%。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响,并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点,阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响,指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响,需要在数据处理时考虑修正。     

合肥光源新的束团截面及发射度测量系统的研制

介绍了合肥光源储存环紫外光束团截面及束流发射度测量系统. 本系统采用光学探测, 由光学成像和图像采集处理两大部分组成. 光学成像部分利用光学成像将中心波长366.1nm紫外光1:1成像于CCD探测器上. 图像采集处理部分将CCD探测器采集的视频信号由电缆输出到图像采集卡进行图像采集, 然后由LabVIEW程序进行数据处理获得束团截面尺寸以及束流发射度和耦合度, 最后给出了实验结果.     

逐圈测量系统在合肥光源数字反馈调试中的应用

 使用逐圈测量系统作为观测手段,通过对逐圈测量系统采集所得数据进行分析,判断了数字反馈系统调试过程中的反馈效果。在改变六极铁电流以逐步改变储存环的色品值的过程中,通过逐圈测量系统观察了束流不稳定性,计算得到振荡增长时间和阻尼时间分别为0.258 ms和1.172 ms。并测量和计算了工作点、相空间等束流特性参数,分析了束流靠近和穿越5/9共振线的完整过程。     

HLS Ⅱ储存环条带束流位置检测器的离线标定

针对合肥光源二期改造工程设计了一条带束流位置检测器(BPM), 用于储存环中束流参数在线测量。对条带BPM进行了位置信号的离线标定,采用差比和法和对数比法进行计算,获得了灵敏度系数、映射图和拟合经验多项式,发现采用对数比法得到的灵敏度大小和线性范围好于差比和法。对和信号进行离线标定,发现和信号相对中心位置处的归一化值在(-5 mm, -5 mm)到(5 mm, 5 mm)范围内变化不超过6%。该条带BPM也用来测量合肥光源储存环上束团横向四极振荡,所以需对横向四极分量进行标定。采用二维网格结构高斯加权法模拟高斯束团,使用差比和法进行计算,并将测量结果与模拟结果比较,发现横向四极分量随 (x2-y2)线性变化的灵敏度与模拟结果相同,均为0.001 1 mm-2。得到的拟合经验公式用于在线测量。     

Depth resolution improvement of streak tube imaging lidar system using three laser beams

The work proposes a three-laser-beam streak tube imaging lidar system. Besides the main measuring laser beam,the second beam is used to decrease the error of time synchronization. The third beam has n+0.5 pixels' difference compared to the main measuring beam on a CCD, and it is used to correct the error caused by CCD discrete sampling. A three-dimensional(3D) imaging experiment using this scheme is carried out with time bin size of 0.066 ns(i.e., corresponding to a distance of 9.9 mm). An image of a 3D model is obtained with the depth resolution of 2 mm, which corresponds to ~0.2 pixel.     

齿形链板的图像测量

针对齿形链链板的几何参数及圆度提出了一种基于CCD图像的测量方法。在一个系统中实现了尺寸和形状的非接触测量。首先对CCD采集的齿形链链板进行降噪处理,然后用二值化方法分割图像,最后提取图像边缘。在测量尺寸时,使用自编程序计算测量链板的孔径、两直边的夹角、节距,并用最小二乘圆法对圆度误差进行了评定。节距、两直边夹角和圆度误差分别为0.007mm,0.473°和8.4μm,分析了测量误差的原因。实验表明,用该方法对齿形链链板的几何尺寸测量和圆度误差评定是可行的。     

主成分分析方法在空间干涉仪图像处理中的应用

在干涉仪图像数据处理过程中,目前采用的多行平均图像处理算法会引入较大随机误差,且当CCD相机与狭缝之间存在小转角时,会引入较大系统误差。本文主要探究利用主成分分析（PCA）算法处理空间干涉仪图像的可行性与优势。利用MATLAB模拟空间干涉仪图像,并加入随机噪声和图像旋转,利用PCA方法和多行平均算法处理数据,比较两种算法的得到的结果误差大小。并设计CCD相机小转角实验和干涉图像弱信号实验,评估PCA算法在数据处理过程中纠正CCD相机小转角和重建弱信号图像中的效果。理论和实验均证明,PCA算法较目前多行平均算法,能更有效地降低噪声,分析弱信号图像及纠正CCD相机小转角,消除其带来的系统误差。     

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.     

利用激光三角测距法提高三维面型检测精度的方法

本文首先介绍了根据激光三角测距原理并采用片光照明、面阵ＣＣＤ接收的三维面形检测原理，其优点在于物面相对于测量头仅需一个方向移动即可完成二维扫描，使测量系统结构简单、便于控制。其次分析了影响其测量精度的几个主要因素，即散斑噪声、接收器件本身的分辨率、投影片光束的宽度与稳定性。散斑噪声造成了投影光斑的抖动，ＣＣＤ的分辨率限制了测量系统的分辨率，而片光束的质量影响着ＣＣＤ光敏面上像斑的准确定位。针对其各自的特点给出了相应的解决途径。