高能同步辐射光源逐束团束流位置测量电子学研制

基于高能同步辐射光源（HEPS）储存环，研制了一套逐束团束流位置测量（BPM）电子学系统，电子学的硬件部分由模拟信号采集板卡和数字信号处理板卡组成，软件部分由底层固件和顶层应用软件组成。系统的采样频率为500 MHz，带宽为1 GHz，对来自储存环BPM探头的4路模拟信号进行数字化，得到束团幅度数据，利用ZYNQ芯片计算出每个束团在真空管道中的位置。逐束团BPM电子学在实验室的测试结果为：输入信号峰峰值小于1.8 V时ADC通道非线性度小于1%，无杂散动态范围约60 dB，灵敏度系数取8.26 mm时位置分辨率优于10 μm，测试结果满足HEPS逐束团BPM的需求。     

基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现

BEPCⅡ加速器的束流位置测量系统（BPM）模拟电子学经过十余年的运行逐渐老化，故障率上升，亟需进行升级改造。本文根据该需求，自行设计了基于BEPCⅡ系统参数的数字BPM电子学系统，内容包括模拟信号处理电子学、数字信号处理电子学、BPM固件算法逻辑、数据获取软件以及系统测试等多个部分。设计的数字BPM电子学系统经实验板级性能测试、实验室系统测试以及在线束流测试，结果表明该系统能满足BEPCⅡ装置对束流位置测量的需求。     

利用数字束流位置处理器Libera测量BEPCII储存环束流阻尼时间和残余振荡

数字束流位置处理器Libera可以直接用来测量宽带的束流位置信号,由于其出色的硬件和软件性能,它可以在束流参数测量与诊断中得到广泛的应用.文章介绍了利用Lribera在BRPCⅡ储存环上进行的一些实验:利用逐圈(Turm-by-turm)束流位置测量数据计算横向阻尼时间和测量注入冲击磁铁引起的柬流位置残余振荡,实验主要目的是使BEPCⅡ储存环的束流调试和参数优化更方便快捷,并取得了初步的成效.     

束流位置探测器自动标定系统研制

为满足高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)和北京正负电子对撞机重大改造工程(Upgrade of Beijing Electron Positron Collider,BEPCII)等工程需求,研制了一套束流位置探测器(Beam Position Monitor,BPM)自动...     

BEPCII逐束团双反馈系统运行试验研究

逐束团反馈控制是抑制束流不稳定性最好的方法,未来的环形正负电子对撞机(Circular Electron Positron Collider,CEPC)等超大型装置的环周长为100 km,束流不稳定增长时间为毫秒量级,这要求束流振荡能在十几圈甚至几圈内被抑制,意味着反馈系统提供的阻尼时间要很短,传统的数字反馈系统显然难以实现。一些缩短阻尼时间的方法相继被提出,其中之一是在储存环中采用若干套束流反馈系统作用于同一束流上,通过阻尼效果的叠加以减少总系统阻尼时间。本文工作主要利用北京正负电子对撞机二期(Beijing Electron Positron Collider Ⅱ,BEPCⅡ)同步模式外环上两个条带kicker的有利条件,开展双反馈系统带束实验研究,一套是自行研制的逐束团数字横向反馈系统,另一套是Dimtel公司生产的商用逐束团数字反馈系统,分别测量各系统以及双系统的阻尼时间。实验测得商用系统的阻尼时间是0.93 ms,自研反馈系统的阻尼时间为2.98 ms,双反馈系统的阻尼时间为0.70 ms,验证双反馈系统能够有效缩短阻尼时间。     

BEPCⅡ中束流位置测量系统的噪声分析

超低发射度光源要求束流位置测量系统(BPM系统)的分辨率达到亚μm量级。在实验室条件下，BPM系统电子学的测量分辨率可达亚μm，但在线机器运行时束流位置监测器（BPM）探头受到的机械振动（亚μm量级）将成为限制BPM系统测量分辨率达到亚μm的重要因素。为满足高能光源（HEPS）对BPM系统0.1 μm分辨率的要求，本文基于北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）上的BPM系统，进行了功率谱方法的环境振动及束流数据的联合分析，以探究影响BPM系统分辨率的因素。首先从BPM系统分辨率的传统衡量标准与功率谱的关系出发，进而分析BPM系统的工作原理、安装环境，测量其周边的机械振动水平，获取束流的低频频谱。获取的BPM数据频谱成分及分析结果表明：电缆传输会产生频谱基线的上升；BPM探头真空室会直接受环境振动的影响；四极铁特征频率的机械振动经束流动力学造成了全环BPM数据特定频率的峰值增长。结合束流动力学，使用有限数量的BPM数据可推断出振动源点。     

ADS注入器Ⅰ束流相位及能量测量系统设计

针对加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)注入器Ⅰ束流调试要求,需要精确测量束流的相位和能量。本文研究束流的相位和能量高精度测量方法,设计了基于快速电流变压器(Fast Current Transformer,FCT)信号的相位及能量测量系统。该系统包括FCT探头、前端电子学、数据采集和处理三个部分,通过正交采样的方式实现束流的相位测量,然后利用飞行时间法实现束流能量的测量。测试结果表明,该系统在实验室测试相位分辨率为±0.8°,在线测试相位分辨率为±2°,满足直线加速器的设计要求。     

数字BPM电子学在束流位置测量中流强依赖性研究

在BPM测量系统中,流强依赖(BCD)是影响BPM测量精度和可靠性的一个重要因素,本文通过对BPM信号处理链路分析、BPM计算方法的研究,探索在BPM测量过程中产生流强依赖的主要原因;并利用Matlab模拟实验、实验室测试、实际束流测试,找到解决BPM测量流强依赖的方法。研究结果表明,BPM信号处理通道的非线性、ADC的直流偏置是产生BPM测量流强依赖的两个主要因素。本文经过对BPM射频信号处理电路改进,对BPM信号算理算法的优化工作,解决了自研数字BPM电子学的流强依赖性问题。