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。     

北京正负电子对撞机(BEPC)束团长度的测量

讨论了利用J/ψ粒子次级产物中带电粒子顶点测量对撞机束团长度的方法,并给出北京正负电子对撞机(BEPC)对撞点处的束团长度.     

单谐振腔束团长度监测器耦合结构设计与仿真

单谐振腔束团长度监测器利用谐振腔内的两个本征模式测量ps量级的电子束团长度,它的关键是如何将两个不同频率的模式互不干扰地耦合提取出来。为解决这个问题,基于低通和带通滤波器的理论,提出了同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构,借助CST微波工作室对滤波器进行建模并仿真得到其S参数。为测试耦合器的应用效果,设计了一套带有该耦合结构的单谐振腔束团长度监测器探头,根据国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置FELiChEM的束流特点,在CST内对所设计的探头进行束流模拟仿真。仿真结果表明,该耦合器可以实现对特定模式的耦合,并有效降低其它模式的干扰,采用同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构的谐振腔监测器可以实现对FELiChEM装置束团长度的高精度测量,测量误差小于2 %。     

单次通过型束流位置探测器的束流位置测量方法

针对当前单次通过型数字束流位置探测器（BPM）有效采样点数少、数据信噪比低、测量分辨率差的问题,提出了一种基于“束流单次通过”的数字BPM测量改进算法。该算法通过模拟信号的功分-延迟-合成,增加了有效采样数据,并通过采样数据的截取与数据拼接、数字滤波等数据处理方式,提高了采样数据的信噪比,并最终实现了BPM测量分辨率的提高。实验结果表明,该算法在不改变模数转换器（ADC）采样率的情况下,将单次通过型BPM的测量分辨率提高了约2倍。该测量方法为提高单次通过型BPM的测量分辨率提供了一种新的解决方案,已成功应用于北京正负电子对撞机（BEPCII）和高能同步辐射光源（HEPS）直线加速器项目中。     

数字束流位置探测器系统的信噪比需求分析

以高能同步辐射光源（HEPS）对BPM提出的位置测量分辨率要求为出发点,介绍了BPM系统的整体架构并推导出BPM系统的信号链路中各级信号所需达到的信噪比;并根据ADC采样数据的信噪比需求,计算出ADC采样时钟的抖动需求;最后介绍了能够测量BPM信号信噪比和采样时钟抖动的BPM测试平台。各项结论可以作为判断BPM系统各部分能否达到HEPS工程要求的标准。     

用束流位置监测器测量上海光源束流寿命

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器（BPM）用于束流寿命测量的可行性,并在上海光源储存环上进行了束流实验,对其性能进行了评估。实验结果表明,与目前常用的直流流强变压器（DCCT）系统相比,BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力,有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估,而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。     

用束流位置监测器测量上海光源束流寿命

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器（BPM）用于束流寿命测量的可行性,并在上海光源储存环上进行了束流实验,对其性能进行了评估。实验结果表明,与目前常用的直流流强变压器（DCCT）系统相比,BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力,有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估,而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。     

HLS新研制的束流位置探测器定标和误差分析

介绍了NSRL二期工程中,为存储环上注入段真空盒改造而新研制的8组束流位置探测器的定标和数据处理过程及其探头定标电场的拟合和误差计算结果.介绍了专门用于BPM信号处理模块的电子学系统以及它的运行性能.     

一维位置敏感探测器位置准确度和线性度的改进

在常规的条状一维位置敏感探测器（PSD）中,光敏区和位置电阻区是结合在一起的,器件的欧姆接触电极难以做得比较理想,因此器件的位置准确度和线性度也受到了不利的影响。而在梳状一维位置敏感探测器中,光敏区和位置电阻区被分成了梳齿区和梳脊区两部分,并且位置电阻区被设计成很窄的长条,即使掺杂浓度比较高,位置电阻也能做得相当大。这样条状一维位置敏感探测器接触电极上的缺陷就可消除。用两种不同的一维位置敏感探测器所测量的位置特性曲线证实了理论分析的正确性。测量结果还表明,梳状一维位置敏感探测器的位置准确度和线性度比条状一维位置敏感探测器有了显著的提高,梳状一维位置敏感探测器的平均位置误差从条状一维位置敏感探测器的55μm减小到了26μm,梳状一维位置敏感探测器的均方根非线性度从条状一维位置敏感探测器的0．94％减小到了0．09％。     

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.     

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。     

偏轴双腔互比型腔式束流位置监测器

 提出一种利用偏轴双腔来监测电子束位置的新方法,根据谐振腔归一化分流阻抗参数分析了其工作原理和主要特性。偏心束流在偏轴谐振腔中激发出较强的偶极模TM₁₁₀信号,根据两腔输出的偶极模信号幅度比可直接测量束流的中心偏移量。偶极模信号幅度变化反映了束流的偏移方向,省去了鉴相工作,简化了前端接收电路的的设计,基模抑制问题已被解决。利用MAFIA和HFSS软件对本征模进行仿真,并分析了模式耦合特性,仿真结果验证了新结构的可行性。     

Design and simulation of a beam position monitor for the high current proton linac

In this paper, the 2-D electrostatic field software, POISSON, is used to calculate the characteristic impedance of a BPM (beam position monitor) for a high current proton linac. Furthermore, the time-domain 3-D module of MAFIA with a beam microbunch at a varying offset from the axis is used to compute the induced voltage on the electrodes as a function of time. Finally, the effect of low 13 beams on the induced voltage, the sensitivity and the signal dynamic range of the BPM are discussed.     

Design and simulation of a beam position monitor for the high current proton linac

In this paper, the 2-D electrostatic field software, POISSON, is used to calculate the characteristic impedance of a BPM （beam position monitor） for a high current proton linac. Furthermore, the time-domain 3-D module of MAFIA with a beam microbunch at a varying offset from the axis is used to compute the induced voltage on the electrodes as a function of time. Finally, the effect of low β beams on the induced voltage, the sensitivity and the signal dynamic range of the BPM are discussed.     

A new measurement method for electrode gain in an orthogonally symmetric beam position monitor

The new beam position monitor (BPM) system of the injector at the upgrade project of the Hefei Light Source (HLS Ⅱ) has 19 stripline beam position monitors. Most consist of four orthogonally symmetric stripline electrodes. Differences in electronic gain and mismachining tolerance can cause changes in the beam response of the BPM electrodes. This variation will couple the two measured horizontal positions, resulting in measuring error. To alleviate this effect, a new technique to measure the relative response of the four electrodes has been developed. It is independent of the beam charge, and the related coefficient can be calculated theoretically. The effect of electrode coupling on this technique is analyzed. The calibration data is used to fit the gain for all 19 injector beam position monitors. The results show the standard deviation of the distribution of measured gains is about 5%.     

单谐振腔束团长度监测器的设计与仿真

提出了一种利用单个谐振腔测量直线加速器束团长度的新方法。不同于传统的双谐振腔束团长度监测器,该方法仅需要使用单个谐振腔,省去了用于辅助测量的参考腔,从而简化了装置结构,节省了空间。针对国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置进行了监测器的物理设计。通过设定同轴探针的插入位置,解决了双模信号互相干扰的问题,利用微扰金属改变调节工作频率,克服了双模难以同时谐振的困难。利用CST软件进行建模和仿真。仿真结果表明,该监测器可实现2～5 ps束团长度的诊断,测量误差小于5%。     

数字束流位置信号处理算法优化

在已有束流位置信号下变频算法的设计与实现的基础上,优化了算法时序,设计实现了数字自动增益控制、慢应用信号处理等模块功能,能获得逐圈、快应用及闭轨数据。上海光源储存环上的束流测试结果显示,处理器可正确获取包含束流真实运动的多速率位置数据。在174 mA储存环流强、500个束团的填充模式时,逐圈位置数据分辨力达到0.84 m,快应用位置数据分辨力达到0.44 m,闭轨位置数据分辨力达到0.23 m,性能满足设计要求。