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0.1μm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。     

BEPCⅡ直线加速器束流能量反馈系统设计

为满足BEPCⅡ储存环对注入束流的要求,BEPCⅡ直线加速器末增设了束流能量反馈系统。该系统由束流能量在线测量单元,图形界面应用软件和相控执行单元构成。束流能量测量单元使用3个BPM对束流能量进行在线非阻拦式测量,测量结果实行人机交互与控制逻辑输出,相控执行单元使用消除回程差的控制方法。该系统束流中心能量调节频率为2 Hz,注入速率波动小于10m A/min,束流中心能量稳定度不大于±0.1%。     

加速器数字束流位置测量系统数控振荡器设计

有鉴于高品质NCO是数字BPM系统重要设计内容之一,利用CORDIC完成了NCO的设计与实现,内容包括NCO参数的设计,系统框架设计、控制流程设计、结果检验和资源占用情况分析等。结果检验是在XC5VSX95T硬件平台上利用Chip Scope工具来完成的。结果表明,该方法能够有效设计出满足数字BPM系统需求的NCO,并在束流位置测量系统建设中发挥积极作用。     

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。     

BEPCⅡ直线加速器束流位置探测器零点误差的测量

本工作测量了BEPCⅡ直线加速器条形束流位置探测器(BPM)的电中心与四极铁中心的偏差。简述了BEPCⅡ直线加速器的轨道校正系统及其在束流轨道校正在线反馈控制中的作用,说明了BPM零点误差的意义,叙述了利用在线束流进行BPM零点误差测量的原理和方法,并给出测量结果,说明这种测量方法是行之有效的。     

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。     

BEPCⅡ束流位置探测器的CST计算

束流位置探测器是最重要的束流测量部件之一,在北京正负电子对撞机二期(Beijing Electron Positron Collider II,BEPCII)的直线段、传输段和储存环上分布着包括纽扣型、条带型在内的多个束流位置探测器(Beam Position Monitor,BPM)。本文利用CST(Computer Simulation Technology)软件的微波工作室和粒子工作室对BEPCII上的BPM相关参数进行了计算,其中包括BPM的信号强度、水平方向和垂直方向的灵敏度、纵向转移阻抗以及电极间的耦合参数等,比较了理论计算结果与实验测量结果之间的差别,计算了直线段条带型BPM的信号与频谱。这些工作是对现有BPM性质的深入了解,而相关计算方法对新机器如高能光源和环形正负电子对撞机上BPM的设计具有重要指导意义,为分析新建加速器的BPM相关问题提供了理论依据。     

100MeV直线加速器束流位置探测器系统设计

100MeV直线加速器束流位置探测器系统包括BPM(Beam position monitor)、BPM前端电子学、基于束流的准直模块(Beam based calibration,BBC)、高频信号切换模块和AD模块.本文详细介绍了BPM前端电子学和数据采集系统设计.最后给出了在100MeV直线加速器中测试的BPM系统性能.     

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。     

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.     

基于BEPC Ⅱ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现

数字束流位置探测器(BPM)算法是数字BPM系统最核心的部分,其对束流位置测量的精度起决定作用。本文在完成数字BPM算法MATLAB模拟工作的基础上,将模拟优选出的数字BPM算法在自制的电子学硬件上进行FPGA实现。首先介绍了数字BPM算法的总体设计和实现方案;其次介绍了数字BPM算法各功能模块的设计原理及其在FPGA中的具体实现方法;最后在输入信号频率499.8 MHz、强度-10 dBm、BPM探头灵敏度系数23的条件下进行了实验室测试。实验结果显示：逐圈位置分辨达2.96 μm,快响应位置分辨达0.65 μm,闭轨位置分辨达0.33 μm,验证了本算法在束流位置测量中具有良好性能。     

BEPCⅡ对撞/同步模式兼容BPM设计

根据BEPCⅡ实际运行需求,设计了对撞/同步兼容运行模式的数字BPM系统。该双模式的数字BPM系统具有可调时钟逻辑、算法逻辑和兼容工作方式等多功能设计。实验测试结果表明:本数字BPM系统的性能指标能够满足BEPCⅡ装置需求,可用于BEPCⅡ装置BPM电子学升级换代。     

合肥光源钮扣型束流位置检测器的离线标定

为满足合肥光源重大维修改造项目对储存环束流位置测量的高精度要求,对钮扣束流位置检测器(BPM)电极进行了重新设计,本文对新设计的BPM进行特征阻抗、分布电容和标定系数等参数离线标定。采用时域反射计(TDR)测量其阻抗特性和分布电容,测量结果表明,50 Ω标准阻抗测试电缆与BPM Feedthrough连接处的阻抗一致性较好,说明其特性符合设计的50 Ω阻抗,计算得到分布电容约为2.9 pF,满足设计要求。通过天线法进行标定,分别采用差比和法与对数比法得到直观的mapping图,计算得到BPM的水平和垂直方向的灵敏度,差比和法与对数比法获得的灵敏度相对偏差在垂直方向小于0.5%,水平方向小于2.8%,离线标定获得的各项参数均满足要求。     

BEPCⅡ辐射监测系统

主要介绍BEPCⅡ(北京正负电子对撞机重大改造工程)辐射监测系统的构建.γ监测器由高压充氩电离室构成,电离室产生的微弱电流信号经I-F电路转换为频率信号;中子监测器主要是由BFs计数管和外围的聚乙烯圆柱体构成,单片机系统内嵌于监测器中,用来处理监测器前端产生的脉冲信号,并提供监测器的人机交互界面和通讯接口;中心计算机用于采集和管理整个系统的数据信息;通过Web服务器,用户可以远程获取监测器的数据.     

252Cf源驱动噪声分析法测量α初步研究

在一球形浓缩铀临界装置上,采用²⁵²Cf源驱动噪声分析方法对其次缓发临界状态下的α进行测量,在频域内分析数据得到α。对比频域内的两种数据处理方式（功率谱实虚部相除方法和功率谱取模直接拟合方法）,用互功率谱密度函数实虚部相除方法得到在-0.1$情况下,脉冲堆的α为0.58μs^-1,与Rossi-α方法的结果相吻合。     

腔式束流位置探测器的设计与实验研究

束流位置探测器对自由电子激光装置的研制和运行具有重要的意义。其中,腔式束流位置探测器(腔式BPM)又以其高精度、高分辨率的特点而得到广泛的应用。本文对应用于上海深紫外自由电子激光装置上的腔式BPM进行了理论分析、模拟计算和BPM腔的测量等方面的研究。     

北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)束流注入区辐射场研究

北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)正负电子束流注入阶段的束流损失,影响储存环束流注入区及防护区辐射场。本文利用束流损失监测系统(BLM系统)分析了束流注入阶段注入区束流损失的位置和束流损失率,并结合FLUKA软件模拟计算对撞实验模式下束流注入阶段注入区的辐射场。结果表明:注入阶段注入区及其下游束流损失明显;辐射场内粒子能谱情况是中子为宽能谱且各向同性,切割磁铁 (铁靶)出射蒸发谱峰窄,峰值约为0.9 MeV,直接发射谱不显著;真空管(铝靶)出射蒸发谱峰宽且直接发射谱显著,峰值分别为4 MeV和20 MeV;光子能谱峰窄且前向性明显,能量在5 MeV以下分布集中;中子与光子剂量率水平相当;注入阶段比非注入阶段剂量率高约2个数量级;对撞实验模式下,实验测量整个运行阶段储存环光子剂量率平均水平约为1 000 μSv/h,中子剂量率比光子剂量率低1个数量级。     

BEPC Ⅱ温度监测系统的研制

BEPCH温度监测系统主要用于监测储存环内真空盒、光子吸收器和RF屏蔽波纹管等设备的温度,保护相关设备的安全运行,还为BEPCH调束运行提供有用的信息。     

压水堆噪声基准信号分析

噪声分析是监督反应堆运行状态的一个很灵敏的方法,可以较早地预测故障的出现,因此该方法在核电安全中占有重要地位。本文介绍了压水堆噪声基准试验信号分析,并从中得出一些有用的结果。     

电子枪束流截面测量系统

电子枪束流截面测量系统采用单片机控制步进电机驱动测试丝在束流下快速扫描,同时完成束流的数据采集,通过Matlab实现立体图的输出,从而判断电子枪的工作情况。用此系统在5mA束流下进行了测试,得到了束斑直径(13-14mm)和截面束流密度矩阵。