上海光源增强器工作点测量数据采集系统

介绍上海光源(SSRF)增强器工作点(Tune值)测量系统的数据采集与处理方法.该系统选用新一代数字BPM处理器Libera处理激励后的束流位置信号,在Soft IOC中进行快速傅里叶(FFT)变换,以得到束流横向振荡频率,进而实现工作点的实时测量.测试表明,该系统能够满足高精度、快速测量的要求.     

基于EPICS的CSNS束流位置读出系统

从973-RFQ束流传输线上束流位置(BPM)测试需求出发,开发了一套完整的束流位置读出系统,其将移植到CSNS工程的束流位置测量系统中。该系统由信号采集、处理和显示模块组成。BPM读出系统采用EPICS作为软件开发平台,并选用Motorola公司的MVME5100作为IOC;硬件采用Hytec公司的ADC8411U卡实现对束流位置信号100 kHz的同步触发采样。信号处理模块对采集到的信号进行数值平均滤波,并实现到束流位置的转换。信号显示模块选用EPICS客户端软件EDM实现对束流位置信息2种不同方式的显示。经测试,整个系统最终读出的束流位置分辨率远好于0.2 mm,符合设计要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。