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。     

合肥光源注入器条带检测器的设计与计算

根据合肥光源升级改造的要求,为进行合肥光源注入器的束流位置、发射度和能散的非拦截测量,设计了新的条带束流位置检测器（BPM）和八电极束流能散检测器（BESM）。计算了条带BPM和八电极BESM通过电信号提取x2－y2以及灵敏度的公式。通过条带电极的时域频率分析、阻抗匹配等计算确定了两个检测器的具体物理参数。在CSTmicrowavestudio中按照计算的物理结构进行建模仿真,得到了电极间的耦合且考虑了电极耦合对灵敏度的影响。计算了条带BPM的位置分辨率,符合设计要求。     

合肥光源波荡器光束线光位置检测器

研制了合肥光源波荡器光束线刀片型光位置检测器。在不同波荡器狭缝下,对刀片电极的光电流进行了测量,并对其进行了标定,得到了灵敏度和同步光中心位置,如在狭缝为40mm时,水平方向和垂直方向的灵敏度分别为0.0015mm^-1 和0.8522mm^-1。为了改进刀片型光位置检测器,给出了一种交错刀片型光位置检测器的设计,该检测器将狭缝为40mm时的水平灵敏度提高到0.551mm^-1。     

中国散裂中子源快循环同步加速器环斜切型束流位置探测器设计

束流位置探测器(BPM)是加速器束流测量系统的重要组成部分。本文通过在斜切型BPM的差和比计算式中引入相对电极间的耦合电容及电容差,解释实测灵敏度偏小、存在零点偏移量的原因。结合模拟软件CST的仿真结果及推得的计算式,得到BPM几何结构与电子学参数的关系。最后,基于CSNS-RCS环上参数及电子学要求,得到优化的BPM几何结构及其电子学参数值。     

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。     

边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数

为满足高能同步辐射光源（High Energy Photon Source,HEPS）束流位置测量的需求,研制了各种类型的束流位置探测器（Beam Position Monitor,BPM）。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数,通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数,适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例,首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数,在此基础上,分析了椭圆形（HEPS增强器）与八边形（BEPCⅡ储存环）管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中,确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外,计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近,相对误差在1%左右,椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右,证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法,可用于BPM的设计与相关问题的分析。     

自由电子激光装置数字化束流位置信号处理器研制及应用

针对自由电子激光装置（Free Electron Laser,FEL）对束流位置测量的需求,研制了可同时用于条带束流位置检测器（Stripline Beam Position Monitor,SBPM）和腔式束流位置检测器（Cavity Beam Position Monitor,CBPM）信号处理的数字化束流位置信号处理器（Digital Beam Position Measurement processor,DBPM）。该处理器为一体化的嵌入式结构,以现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为系统核心,采用分布式的实验物理及工业控制系统（Experiment Physics and Industrial Control System,EPICS）进行远程数据交互。处理器对SBPM和CBPM系统的测试分辨率在0.5nC流强时分别达到4μm和0.4μm,达到设计指标,成功应用于大连相干光源（Dalian Coherent Light Source,DCLS）,并将应用于上海软X射线自由电子激光装置（Shanghai X-ray Free Electron Laser,SXFEL）,是国内首台自主研制成功并实现工程应用的DBPM处理器。     

束流位置探头的理论设计

加速器的束流位置通常采用四个纽扣形电极的束流位置探测器（BPM）进行测量。本文主要探讨了一种BPM的理论设计方法。首先利用有限元方法对BPM电极的感应电荷进行理论计算,得到四个电极感应的电信号与位置信号的理论关系;利用最小二乘法原理对此结果进行多项式拟合,求出标定系数。在此基础上通过更改BPM的几何参数,求出相应的标定系数,即可得到不同性能的BPM。经优化处理得到所需的束流位置探测器设计参数。     

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。     

上海光源数字化束流位置信号处理器测试平台研制

数字化束流位置信号处理器（Digital Beam Position Monitor Processor,DBPM）是上海光源自主研发作为束流位置监测（Beam Position Monitor,BPM）的主要设备。针对DBPM电子学处理器产品化测试需求开发了一套基于MATLAB和程控技术的自动化测试平台,用于处理器批量测试验收和性能评估。平台使用Agilent MXG信号源和一分四功分器模拟4路真实探头信号,经过处理器采集处理后被上位机接收。测试仪器的设置和实验数据的获取,整个系统是基于客户端和服务器架构实现的。采用物理实验与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS）的通道访问LabCA接口实现数据的实时采集。目前该测试平台已经成功应用于大连自由电子激光装置和上海软X射线自由电子激光装置的DBPM处理器验收测试,处理器幅频响应曲线,不同衰减下模数变换器（Analog to Digital Converter,ADC）噪声水平测试、衰减步长一致性、通道间串扰及信噪比测试结果均达到设计指标。     

西安质子应用装置BPM设计及测试结果

西安质子应用装置(XiPAF)中能传输段设有6个束流位置探测器(BPM)用于测量束流位置及相位,要求位置和相位测量分辨率分别好于0.1 mm和1°,绝对位置测量准确度好于±0.5 mm。本文从理论上分析了纽扣型BPM位置测量分辨率与电极长度及电极张角的关系,并结合CST模拟得到最优值,设计分辨率达24.5 μm。离线测试结果表明,BPM样机的电极电容、灵敏度及电极间耦合度均与设计值相符。利用旋转法测量得到BPM样机水平和竖直方向电中心与机械中心的偏差分别为（0.04±0.05） mm和（-1.53±0.05） mm。样机安装在清华大学微型脉冲强子源（CPHS）高能传输段进行测试,测试结果表明,XiPAF BPM位置测量分辨率好于60 μm,相位测量分辨率好于0.74°,绝对位置测量准确度为±0.35 mm。该设计满足西安质子应用装置的要求。     

HLS直线加速器条带束流位置检测器基于对数比方法的标定

对合肥光源（HLS）直线加速器（LINAC）的束流位置测量系统进行改造,设计并加工了非拦截型、高精度的条带电极束流位置检测器（BeamPositionMonitor,BPM）。安装前,通过定位精度小于5μm的电控位移平台,采用具有更大动态范围和线性度的对数比而非传统的差和比的处理方法,对条带束流位置检测器进行标定。本文介绍了标定平台、对数比处理系统以及自动控制标定程序,给出了基于对数比方法的标定结果。该条带电极束流位置检测器的水平方向和垂直方向的灵敏度分别为1.55dB/mm和1.48dB/mm,束流位置分辨率为42μm,电中心相对于机械中心的偏差为（0.212,0.450）mm。     

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。     

Development of a PSD-based photon beam position measurement system

As an important part of the beam diagnostic system, the synchrotron light beam position measurement has a very high value in the high quality and high stability light source applied research. A new photon beam position monitor based on position-sensitive detector (PSD) has been developed to measure the photon beam position in vertical and horizontal directions at the same time at HLS (Hefei Light Source). The new PBPM based on the PSD has fast response speed, high sensitivity and wide dynamic range. This PBPM system also includes the C4674 signal processing circuit, NI USB-9215 data acquisition device and the LABVIEW data acquisition program. This PBPM system has been calibrated vertically and horizontally on-line, and then has been applied in the beam line B3EA of HLS to measure the position of the synchrotron light. As the results shown, the resolution of the system is better than 3 mm.     

一种双楔片型同步辐射光束位置监测器的物理设计

对同步辐射光源不稳定性的监测一直是北京同步辐射装置（BSRF）在运行中急需的技术手段。随着北京正负电子对撞机升级改造工程的不断推进,光源的性能得到了很大提高,对光源不稳定性的监测也提出了更高的要求。一种双楔片型的同步辐射光束位置探测器在北京同步辐射装置上得到发展,并在前端区安装和使用。它可以有效监测同步光束位置的10μm级的变化,为降低光源不稳定性、提高数据质量提供了依据。本文详细描述了双楔片型同步辐射光束位置监测器的设计原理、参数优化以及误差分析,并介绍了这种监测器在BSRF的应用情况。     

上海软X射线自由电子激光腔式束流位置测量系统

上海软X射线自由电子激光装置(Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser,SXFEL)需1个分辨率达到亚 μm量级的束流位置测量系统,并采用基于束流准直的方法实现波荡器段电子束与光子束的紧密重合.为此设计研制了1个由C波段腔式探头、单路混频至低中频的射频前端以及自主研发的专用数字信号...