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。     

合肥光源钮扣型束流位置检测器的设计计算

对合肥光源中使用的钮扣型束流位置检测器进行了相关参数的计算,计算了水平和垂直方向的灵敏度。对内在分辨率和传输功率进行了估算。用优化后的检测器安装位置参数对束流位置进行了高精度数值仿真,对测量数据用差比和和对数比方法进行处理,得到直观的mapping图和拟合多项式。对束流和信号进行仿真拟合,当束流位移从（0mm,0mm）到（4mm,4mm）时,归一化和信号的变化小于5×10－3。     

合肥光源注入过程中束流负载效应和束流强度限制

根据储存环高频系统束流负载理论，研究计算了合肥光源注入过程中高频系统的大失谐角工作模式和调谐工作模式。综合考虑两种模式利弊，给出了更为灵活的注入模式。对于合肥光源，只要新高频系统参数设置合理，束流可顺利注入积累到设计值300mA以上。     

合肥光源超导扭摆磁铁模式下线性光学参数补偿

合肥光源是1台专用真空紫外光源，为拓展同步辐射用户可用光范围，在储存环上安装了1台6T的超导扭摆磁铁。超导扭摆磁铁给储存环光学参数带来很大扰动，造成工作点漂移和β函数畸变。最初，在补偿工作点漂移后，成功地存储了束流并产生了硬X射线，但该运行模式下束流寿命短，严重影响其它实验线站的实验工作。在合肥光源二期工程中，重新进行了超导扭摆磁铁补偿计算，在不改变目前储存环磁铁和电源的基础上，同时补偿工作点漂移和β函数畸变，大幅度地改善了束流寿命。     

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。     

Libera Photon在合肥光源同步光位置测量系统中的应用

合肥光源新引进了IT公司的新一代光位置信号处理器Libera Photon,其采用嵌入式EPICS IOC,极大地提高了数据的传输效率,经测试,该处理器的分辨率好于0.07 μm。同时,自主研制开发了相配套的时钟分配器以及远程软件控制程序,并将新同步光位置信号处理系统用于原有的双丝型光位置探测器进行了初步的应用研究,测试得到的同步光位置信息与相近的BPM Q8E所测得的束流位置信息变化趋势一致,说明Libera Photon能够很好地进行同步光位置信息的测量。     

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。     

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。     

Strip line beam position monitor for HLS LINAC

1 Introduction Beam position monitors at HLS LINAC and transfer line will deliver the information about the transverse positions and phases of beam passing by. Typical requirement for position resolution is within 1mm within 1/3 of half aperture rb (rb of HLS LINAC is 25mm). The HLS LINAC BPMs will also serve as beam phase detectors, which require a tough broad-band frequency response and impedance match for the BPMs. Additionally, space available for the BPMs at the HLS LINAC…     

合肥光源储存环控制系统

合肥光源储存环控制系统是一个基于EPICS(Experiment Physics and Industrial Control System)的分布式控制系统,本文首先描述其硬件结构、软件设计,然后重点介绍束流慢加速、束流闭轨校正、机器状态在线查询、数据存档及历史数据查询等应用软件的开发。运行结果表明,合肥光源储存环控制系统很好地满足了机器运行和机器研究的需要。     

束流位置探头用于束团电荷量测量的数值仿真研究

加速器常用的束流位置探头为电磁耦合型,其输出信号包括束流位置信息和束团电荷量信息.本文采用数值仿真方法研究探头电极和信号与束流位置之间的关系,基于Matlab开发一个用于仿真计算探头电荷量标定系数的软件包.对上海光源储存环束流位置探头的仿真结果表明,探头流强标定系数在2.5 mm半径内差值小于千分之二,在此精度范围内可认为流强标定系数为常数.     

Measurement and Research of Beam-Based Alignment With AC k-Modulation at HLS

A new beam-based alignment (BBA) measurement system with AC k-modulation module was developed recently at Hefei Light Source (HLS), which equipped the quadrupole magnets on the storage ring with a current shunt system which was able to vary the magnet current of a given quadrupole at a given frequency. The corresponding closed orbit oscillation amplitude measured for different beam positions in the quadrupole reached a minimum when the beam was centered in the quadrupole. Amplitude estimation algorithms of software lock-in amplifier and interpolated FFT were discussed. A V-shaped curve was used to determine the offset; a method using a parabola fit to determine the offset was also discussed. This BPM-to-quadrupole offset was determined at HLS with an accuracy of ~50 mum. The reproducibility of the beam based alignment using this technique is about 20 mum (RMS)     

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。     

Development of Bunch-by-bunch Beam Position Measurement Electronics for High Energy Photon Source

A bunch-by-bunch beam position measurement (BPM) electronics for High Energy Photon Source (HEPS) storage ring was designed. The hardware of electronics consists of analog signal acquisition board and digital signal processing board. The software consists of underlying firmware and application software. The sampling frequency is 500 MHz, and the bandwidth is 1 GHz. The electronics digitizes four analog signals from BPM probe of storage ring, and obtains the amplitude of beam signal. ZYNQ chip was used to process the beam data and calculate the position of each bunch. Electronics test results in the laboratory is that the nonlinearity of ADC channels is less than 1% when the peak-to-peak value of input signal is less than 1.8 V, and spurious-free dynamic range is about 60 dB. When the sensitivity coefficient is 8.26 mm, the beam position resolution is less than 10 μm. The test results meet the needs of HEPS.     

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。     

基于导频的储存环束流位置测量处理器研制

稳定的束流轨道对于同步辐射光源的性能至关重要,规划中的合肥先进光源是第四代衍射极限储存环,其亚微米级的束流轨道稳定度需要束流位置测量精度达到100 nm级别。本文基于国产化芯片,研制了带有导频补偿机制的束流位置测量处理器,主要包括导频模块、模拟前端模块、数字处理模块和嵌入式工控模块。输入信号经过导频模块和模拟前端模块调理,在数字处理模块通过带通欠采样原理实现模数转换,数字信号在现场可编程门阵列（FPGA）内经过下变频、滤波抽取、坐标旋转数字计算（CORDIC）模块以及差比和算法等处理后获得束流位置信息,嵌入式工控模块实时传输束流位置信号,与加速器控制系统通信。目前设计的束流位置处理器完成了实验室离线测试和束流测试,测试结果表明,当输入信号幅度在-55～5 dBm范围时,束流位置测量处理器的快获取数据（FA data）和慢获取数据（SA data）分辨率分别好于120 nm和70 nm,满足设计要求。     

BPM 定标系统及其应用

介绍了合肥国家同步辐射光源(HLS)新BPM校推系统的总体结构及实测过程。给出了待测真空管道的实测结果，并通过与国家同步辐射一期工程备份管测试结果的比较证实了本系统的精度较高。     

辐射场监测在合肥光源中的应用研究

合肥光源于近期完成了重大升级改造,对电子加速器和储存环的结构进行了重新调整,同时升级了辐射监测系统和束流损失监测系统。除了具备基本的机器保护与人员安全防护功能以外,通过加入时间信息、位置信息和加速器运行参数信息,新监测系统还具有一定的机器诊断能力,对加速器的调机和维护有辅助作用,同时也加深了对辐射源项的了解,对优化防护措施有指导意义。     

合肥光源束流输运线线性光学参数设计研究

合肥光源由800MeV电子储存环、200MeV直线加速器和束流输运线组成。束流输运线线性光学参数是影响束流传输效率和储存环注入效率的关键因素。在分析合肥光源现束流输运线性能基础上,重新优化设计输运线聚焦结构。新设计在改善输运线与储存环之间Twiss参数和色散函数匹配基础上,更好地控制传输过程中束流包络,并减轻了开关磁铁幅度抖动对传输束流末态位置的影响。通过优化光学参数设计,束流传输效率将明显改善,同时参数匹配将有利于提高储存环注入效率。并且,新设计中的主磁铁磁场强度较低,输运线具备传输800MeV束流的能力。     

Tidal effects on hydrostatic leveling system used in high precision alignment of particle accelerator

Hydrostatic leveling system（HLS） is widely used in precision engineering survey,especially the alignment of particle accelerator,and the tidal effects on the measurement accuracy of HLS is non-ignorable.thus studies on tidal effects on the HLS is vital.A set of HLS was installed in Jingxian seismostation for verifying the methods to handle the tidal effects on the readings of HLS.Harmonic analysis of the data recorded by HLS and DSQ water tube clinometers in Jingxian seismostation and contrastive analysis of the results are completed.The tilt tide can be well reflected in the data of the both instruments and the results are both reliable.The reasons of the difference between the results are analyzed in this paper.Besides,a validation study based on the measurement data of the HLS used in SPring-8 storage ring for tidal correction on the reading of HLS is completed.The research establishes a foundation for HLS to be applied in micron-level precision alignment of particle accelerator in the future.