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4.5 m,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。     

BEPCⅡ储存环逐束团丢束监测系统及应用

针对北京正负电子对撞机二期工程（BEPCⅡ）在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头（BPM）的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列（FPGA）进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。     

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。     

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储存环束团流强测量

针对北京正负电子对撞机二期工程（BEPCⅡ）原束团流强测量系统（BCM）不能稳定运行的问题,对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头（BPM）信号直接采样,在现场可编程门阵列（FPGA）内进行实时数字信号处理,进而得到加速器储存环内的束团流强值。基于反射内存网络,系统可以实现测量结果高速共享、实时显示。升级后系统实现了更高精度的测量,实时显示精度到0.1 mA,最佳测量精度达到10 A。通过对系统的触发时钟和算法结构调整,系统实现了长时间的稳定工作,正负电子储存环均实现了对束团流强的均匀性控制,提高了加速器的对撞亮度。     

BEPCⅡ储存环束团流强测量

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)原束团流强测量系统(BCM)不能稳定运行的问题,对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头(BPM)信号直接采样,在现场可编程门阵列(FPGA)内进行实时数字信号处理,进而得到加速器储存环内的束团流强值。基于反射内存网络,系统可以实现测量结果高速共享、实时显示。升级后系统实现了更高精度的测量,实时显示精度到0.1mA,最佳测量精度达到10μA。通过对系统的触发时钟和算法结构调整,系统实现了长时间的稳定工作,正负电子储存环均实现了对束团流强的均匀性控制,提高了加速器的对撞亮度。     

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。     

合肥光源数字横向逐束团反馈系统

为了克服横向耦合束团不稳定性对合肥光源的不利影响,在合肥光源(HLS)研制了一套数字横向逐束团反馈系统。该系统使用直接采样前端,同时针对合肥光源水平方向工作点和垂直方向工作点太过接近的情况,修改了数字处理器的FPGA程序,使得单个处理器能够实现独立的双通道反馈。束流试验验证了反馈系统能有效抑制横向不稳定性,并可以提高注入流强。     

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。     

合肥光源数字横向逐束团反馈系统

为了克服横向耦合束团不稳定性对合肥光源的不利影响,在合肥光源(HLS)研制了一套数字横向逐束团反馈系统。该系统使用直接采样前端,同时针对合肥光源水平方向工作点和垂直方向工作点太过接近的情况,修改了数字处理器的FPGA程序,使得单个处理器能够实现独立的双通道反馈。束流试验验证了反馈系统能有效抑制横向不稳定性,并可以提高注入流强。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

合肥光源逐圈测量系统定标及其应用

介绍合肥光源(HLS)逐圈测量系统和工作在4?0?8MHz的对数比率电子学处理系统的原理和性能.利用逐圈测量系统可以测量HLS储存环的Damping率、注入效率、Beta振荡、v值瞬时变化等,以此研究束流不稳定性,为机器稳定高性能运行提供了一个强有力的测试手段.在系统的设计中,选择了新近受到广泛重视的对数比电路完成位置信号处理.它不仅具有宽的动态范围和带宽以及好的线性度,而且造价低廉易实现.本文重点介绍了HLS逐圈测量系统的在线定标、灵敏度和它在升级后新注入调试中的重要应用.实践证明,该系统对新注入系统的调整是相当有用的.它是开展储存环的非线性动力学研究,观察动力学孔径不可缺少的设备.     

改进后的BEPC储存环束流位置测量系统

介绍改进后的北京正负电子对撞机束流位置测量系统的软硬件结构和系统的性能.改进后系统的位置测量重复性优于10μm,测量一次闭轨的时间为11s,系统的动态范围大于81dB,最小可测束流强度低于0.5mA,测量结果的可信度是通过自洽检测来保证的.     

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。