示波器嵌入式IOC研制及应用

宽带束流信号的量化和处理是加速器柬流诊断中的常见问题,上海光源束测组针对此应用开发出了示波器嵌入式IOC作为专用的束流信号处理器.该解决方案在EPICS构架的控制系统中具有即插即用的特点,目前已在上海光源注入器束团流强测量系统以及储存环填充模式测量系统中投入实用.本文介绍了部分宽带束流的测试结果.     

逐束团位置对束流横向反馈的影响分析

为了提升上海光源储存环横向反馈系统的性能,进一步优化抑制束团串内部横向耦合不稳定性,需要更深入了解现有束流反馈系统模式下的工作状态。用逐束团位置在线采集的方法,在束流诊断实验中获取横向反馈系统不同反馈作用力条件下的逐束团位置信息。通过离线频谱分析,得到束团串横向不稳定振荡振幅随反馈作用力及束团分布的变化规律,表明了横向反馈作用力对束流的整体作用具有正相关性,但对不同束团及束团串的作用效果具有较大差异。为更深入的研究束流不稳定性及束流优化提供了数据支持。     

上海光源储存环束流轨道联锁系统升级

针对上海光源机器故障分析的需求,对原有储存环束流轨道联锁系统进行升级,实现对储存环束流位置测量系统中140台束流位置监测器(Beam Position Monitor,BPM)电子学输出的联锁信号进行标记,同时锁存丟束过程中所有BPM电子学中的逐圈轨道数据。联锁信号的处理与锁存触发信号的输出在FPGA(Field Programmable Gate Array)内完成。该系统集成至储存环的物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)控制系统之中。束流检测实验表明,该系统能够准确区分不同BPM电子学输出的联锁信号,同时锁存丟束时逐圈轨道数据,并通过该系统观测到了储存环束流丢失过程中的逐圈轨道变化。     

基于示波器嵌入式IOC技术的逐束团位置监测系统研制

为研究尾场引起的束团不稳定性,本工作开发了基于高速宽带示波器嵌入式IOC的逐束团位置测量系统。该系统通过直接获取加速器储存环中钮扣型电极的原始束流信号,进行在线计算独立的水平和垂直方向的逐束团位置。介绍了此系统的需求分析、硬件结构以及嵌入式IOC软件结构。利用在上海光源储存环上获取的逐束团位置数据,对系统性能进行了评估。实验显示,不同束团感应到的工作点及横向振荡振幅与束团编号间的依赖关系,结果证明该系统是一个有效的机器研究工具。     

电子储存环注入过程中补注电荷的三维位置信息提取

电子储存环的注入过程是特殊的瞬态过程,研究补注电荷和储存电荷的三维位置融合过程可在线评估注入器与储存环的匹配度,也可为下一代光源诊断系统的搭建奠定技术基础。目前,上海同步辐射光源束流检测组研发了一套基于纽扣电极拾取信号和高速采集板卡的三维逐束团诊断系统,可精确测量逐束团三维位置。注入过程中补注电荷的三维位置信息可通过电荷加权平均法和比例系数法分别提取。通过对补注电荷横向betatron振荡和纵向同步振荡的分析,可原位提取betatron振荡振幅、同步振荡振幅、初始到达时间、同步振荡阻尼时间等多个动态参数,不需提供特别的机器研究时间,为储存环动力学研究提供了有力工具。     

HLS注入系统top-off模式调试与研究

合肥光源(HLS)改造升级后,注入器实现了满能量注入的设计目标,储存环存储束流达到了300mA,同时注入系统采用水平局部凸轨注入系统,具备了top-off模式注入的基本条件。在准备阶段,测量分析了冲击磁铁时间抖动、冲击磁场的不均匀性等参数,并结合现场情况,提出了降低注入系统故障率的有效途径。通过调试与研究,微波功率源以及注入系统采用了预充电模式,储存环采用了逐圈反馈抑制残余振荡,并取得了较好的效果。此外,还分析了top-off模式下,HLS储存环大厅内剂量分布情况,以及降低剂量率的途径。综上所述,HLS已具备top-off模式注入的基础。     

数字束流位置处理器在合肥光源束流诊断中的应用

数字束流位置处理器Libera可直接用于测量宽带束流位置信号,在束流参数测量与诊断中得到广泛应用。本工作利用Libera在合肥光源储存环上完成了工作点、相空间和横向振荡阻尼时间常数等的测量,并给出测量结果。     

NSRL注入器束团长度测量系统初步设计

合肥光源注入器升级改造接近完成。为了更好地分析其束流品质,为储存环提供更高品质的束流,针对合肥光源设计了一套利用横向偏转腔(Transverse Deflecting Structure,TDS)测量分析束流纵向品质的系统。利用TDS分析束流纵向品质精度高,功能多样,优势明显。本文TDS采用外围开槽盘荷波导结构,给出了该结构具体尺寸及相关参数计算,并对计算结果做了简要分析处理。根据该结构在注入器的安装位置,对束团长度测量系统进行了物理设计,并分别使用MATLAB程序和PARMELA模拟了束团通过该结构的状态分布,得到了符合预期的纵向束团长度测量结果。     

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.     

上海同步辐射光源工作点稳定性研究

上海同步辐射光源（SSRF）是一台第3代高性能同步辐射装置,已稳定运行超过10年。储存环的线性光学模型稳定是光源稳定运行的基础。工作点反馈系统可实时地校正工作点,并间接地以降维的方式反馈难以在线测量到的线性光学函数。工作点反馈系统在SSRF的稳定运行验证了此方法的可行性,该反馈系统不仅使得工作点稳定度显著提升,也使得束流发射度、注入效率以及束流寿命等重要参数的稳定度得到大幅提升。衍射极限储存环光源是现阶段被广泛研究和建设的新一代同步辐射光源,工作点反馈系统也将发挥更重要的作用。本文分析电子储存环线性光学函数和工作点的稳定性,回顾SSRF工作点反馈系统的实际运行情况,介绍工作点反馈系统在SSRF衍射极限环lattice（SSRF-U）的模拟。工作点反馈在SSRF的实际运行情况和在SSRF-U的模拟结果显示,该系统可将工作点稳定在±0.001范围内,可满足储存环光源稳定运行和线性差耦合共振圆束斑模式对工作点稳定度的需求。     

上海光源储存环直流流强监测系统设计

上海光源储存环调试运行需要一个分辨率达到微安量级的直流流强监测系统.为此设计完成的硬件系统包含一个Bergoz公司NPCT型探头、一个NI公司PXI总线数字电压表模块以及一个PXI总线的输入输出控制器.数据采集处理软件在LabVIEW平台上开发,与控制系统的接口通过EPICS Shated Memory IOCcore技术实现.实验室测试及仿真结果表明该系统直流流强测量分辨率可达2微安,束流寿命相对测量精度可望达到0.5%.     

合肥光源储存环工作点测量系统设计

为适应合肥光源储存环工作点测量的需要,设计了基于Zynq的工作点测量系统。该测量系统由前端电子学、FPGA、ARM和上位机构成,系统结构紧凑,成本较低,功能丰富,可在线编程满足不同机器研究实验的需求。论文论述了参数化白噪声信号和扫频信号的产生以及相应的信号处理过程。在线实验结果表明,工作点在扫频激励模式下,水平和垂直方向的统计分辨率分别为0.0006/0.0001,白噪声激励模式下,水平和垂直方向的统计分辨率分别为0.0007/0.0036。系统进一步改进,还可测量同步振荡阻尼时间、色品等,为合肥光源存储环提供更丰富的束流测量手段。     

合肥光源基于虚拟仪器技术的束流诊断系统

介绍了合肥光源利用虚拟仪器技术构成的束流诊断系统,包括基于GPIB总线构成了储存环直流流强测量系统,基于VXI总线构成了束流闭轨测量系统,基于PCI总线构成了束流横向截面测量系统,基于网络化虚拟仪器技术构成了在线束团长度测量系统和同步光位置测量系统.软件采用Lab-VIEW编程,极大地减轻了开发的工作量.     

合肥光源储存环校正铁电源控制系统改造

束流轨道稳定性是同步辐射光源的重要性能指标.储存环校正铁电源控制系统是进行束流轨道校正的重要前提.本文描述了该系统硬件结构、软件设计及调试结果.运行结果表明,改造后的合肥光源储存环校正铁电源控制系统很好地满足了轨道稳定性对其的要求.     

高能同步辐射光源中的耦合阻抗及束流集体效应研究

在高能同步辐射光源（HEPS）的储存环中,由于真空盒尺寸较小、束团中电子密度较大,全环耦合阻抗将显著增加,束流集体效应成为限制机器性能的重要因素。本文基于解析理论和数值模拟程序对HEPS储存环耦合阻抗进行了逐元件建模,并对环中可能发生的束流集体效应进行了系统评估。建立了合理的阻抗模型,给出了不稳定性阈值和增长时间,并对关键的不稳定性问题提出有效的抑制措施。     

上海光源储存环束流位置监测系统

本文简述了上海光源储存环位置测量系统的物理需求、基本设计思想以及软硬件结构,对其中采用的数字束流位置信号处理器、高精度纽扣型束流位置探头、信号传输网络等关键部件的研制、安装情况进行了详细介绍.该系统经一年调试优化现已投入日常运行,结果表明位置分辨率达到亚微米量级,优于上海光源设计要求.     

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。     

合肥光源高功率固态放大器的研制

研制了一台高频高功率全固态放大器（SSA）,用于合肥光源800 MeV电子储存环高频系统的带束流运行。固态放大器的功率合成系统可按8×6或8×8方式进行组合,各有48个和64个功放模块参与功率合成。测量了功率分配器和合成器各端口的S参数及功放模块的增益特性,功放模块输出650 W时的增益为24 dB,分配器和合成器公共端的驻波比均优于1.07。进行了高功率测试,两种组合的输出功率分别达到33 kW和45 kW,合成效率约为95%。固态放大器目前运行于48路合成方式,输出功率为20 kW时,储存环束流流强达到460 mA,束流功率为7.5 kW。     

高能同步辐射光源中的耦合阻抗及束流集体效应研究

在高能同步辐射光源(HEPS)的储存环中,由于真空盒尺寸较小、束团中电子密度较大,全环耦合阻抗将显著增加,束流集体效应成为限制机器性能的重要因素。本文基于解析理论和数值模拟程序对HEPS储存环耦合阻抗进行了逐元件建模,并对环中可能发生的束流集体效应进行了系统评估。建立了合理的阻抗模型,给出了不稳定性阈值和增长时间,并对关键的不稳定性问题提出有效的抑制措施。     

合肥光源的工作点测量系统

合肥 8 0 0MeV电子储存环的工作点测量系统采用扫频激励法进行工作点测量 ,它由条带束流位置检测器、180 0 的魔T、混频器、带扫频信号输出的频谱分析仪、功率放大器和束流激励电极等构成。该系统的测量精度约为 1× 10 4 。利用该系统进行了机器的校正色品测量 ,给出了工作点和色品的测量结果。