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数字低电平控制系统

数字低电平控制系统

作者：朱正龙西北师范大学

学位级别：硕士

中国科学院近代物理研究所自主研发的ADS注入器Ⅱ第一代高频低电平(LLRF)控制系统,工作频率为162.5MHz;LLRF系统是由基于I/Q采样的正交解调技术构成的全数字闭环反馈控制系统,其主要功能是实现超导腔腔体电压幅值稳定控制、相位稳定控... 详细信息

中国科学院近代物理研究所自主研发的ADS注入器Ⅱ第一代高频低电平(LLRF)控制系统,工作频率为162.5MHz;LLRF系统是由基于I/Q采样的正交解调技术构成的全数字闭环反馈控制系统,其主要功能是实现超导腔腔体电压幅值稳定控制、相位稳定控制与腔体谐振频率控制。数字低电平控制系统一文,从硬件的设计到软件的实现,再到系统的调试和测试,最后在线运行等几个方面,对设计的低电平控制系统进行了详细的介绍。硬件部分包括射频信号的预处理和数字采集、处理和恢复部分,软件包括下位机运行代码和上位机控制界面。低电平控制系统的测试环路的搭建,以及运行平台的搭建,为数字低电平控制系统的测试和实验做好了基础。LLRF控制系统在液氦温区超导腔上进行了系统稳定度和性能的在线测试,根据实验数据计算得超导腔体电压幅度稳定度为±3.4‰,相位稳定度为±0.3°,腔体表面峰值电场(Epk)能长时间稳定在25.1MV/m。在后续的超导腔束流实验中,数字低电平控制系统稳定运行,保证了超导腔的正常工作,完成了超导腔10mA束流任务。通过实验测试,检验了低电平控制系统的性能,并对测试过程中出现的问题进行了分析,为将来超导腔LLRF控制系统运行积累了经验。根据测试过程中遇到的问题,对数字低电平控制系统的完善提供了依据,为后续数字低电平控制系统的升级提供了实验数据。

关键词：低电平控制幅度相位稳定度控制系统测试

超导加速器低电平控制系统的射频前端技术研究

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超导加速器低电平控制系统的射频前端技术研究

作者：劳成龙中国工程物理研究院

学位级别：硕士

加速器的应用领域中对高品质电子束的需求日益增加,高频腔内加速场的稳定又对高品质电子束的产生有着十分重要的意义。高频低电平控制系统通过反馈控制,可以保证高频腔加速场的稳定。本论文基于中国工程物理研究院应用电子学研究所的国... 详细信息

加速器的应用领域中对高品质电子束的需求日益增加,高频腔内加速场的稳定又对高品质电子束的产生有着十分重要的意义。高频低电平控制系统通过反馈控制,可以保证高频腔加速场的稳定。本论文基于中国工程物理研究院应用电子学研究所的国家重大科学仪器设备开发专项——高平均功率THz大型科学装备的研制,着眼于高频超导加速器的加速器电场幅相稳定的目标,对高频低电平控制系统的射频前端进行了技术与实验研究。射频前端能将高频RF信号做适当处理,使之到达ADC可以处理的频段,具有检测信号,放大被监测信号并滤除噪声和杂波的作用。射频前端设计分为四个部分,分别是时钟产生模块,本振信号产生模块,下变频模块以及调制载波模块。本论文就四个模块的原理构成以及硬件搭建方式进行了详细的阐述,在此基础上完成了初步实验研究,并完成了适用于高平均功率THz大型科学装备超导腔的射频前端方案设计。本文利用信号源8663A产生的1.3GHz信号和直接数字信号合成器AD9858产生的30.72MHz信号混频得到本振信号1330.72MHz,利用AD9858产生的中频30.72MHz信号作为时钟板的AD9510的参考信号,用于产生驱动ADC和DAC采样的122.88MHz和245.76MHz信号,时间抖动仅为4ps,由此引起的幅值采样误差和相位采样误差分别为士0.04%和±-0.025%,符合设计要求。本套射频前端设计采用信号源结合直接信号发生器的本振信号生成模块和时钟信号生成模块,经过实际测量性能良好,且避免了双信号源的相漂现象,性价比高,可在类似装置中使用。

关键词：射频前端下变频时钟分配低电平控制超导加速器

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医用回旋加速器高频控制系统设计

原子能科学技术 2019年第9期53卷 1558-1564页

作者：吴永存杨兴林石金水赵良超何小中中囯工程物理研究院流体物理研究所

中国工程物理研究院流体物理研究所自主研制了用于医疗诊断的PET医用回旋加速器。为满足该医用回旋加速器安全、稳定运行的要求,采用了不带低电平控制功能的高频系统,避免了直接接触高压的危险。选用西门子的S7-1500可编程控制器为前端... 详细信息

中国工程物理研究院流体物理研究所自主研制了用于医疗诊断的PET医用回旋加速器。为满足该医用回旋加速器安全、稳定运行的要求,采用了不带低电平控制功能的高频系统,避免了直接接触高压的危险。选用西门子的S7-1500可编程控制器为前端控制器,完成了系统工作频率的精确扫描,实现了高频系统相位稳定、幅度稳定、安全联锁等。该系统连续运行的结果表明:控制系统的设计满足加速器运行及调试要求,为系统的稳定运行提供了支撑。

关键词：医用回旋加速器稳定运行低电平控制安全联锁

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超导加速器低电平系统射频前端设计与实现

太赫兹科学与电子信息学报 2015年第3期13卷 462-467页

作者：劳成龙冯立文王芳杨兴繁鲁向阳中国工程物理研究院研究生部四川绵阳621999 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621999 北京大学重离子研究所北京100871

设计了中物院太赫兹科研装置超导加速器低电平控制系统的射频前端部分,采用了信号源8663A与直接信号发生器板卡AD9858结合的方案,产生射频前端所需的30.72 MHz中频信号和1330.72 MHz本振信号。采用AD9510时钟板产生ADC和DAC采样所需的频... 详细信息

设计了中物院太赫兹科研装置超导加速器低电平控制系统的射频前端部分,采用了信号源8663A与直接信号发生器板卡AD9858结合的方案,产生射频前端所需的30.72 MHz中频信号和1330.72 MHz本振信号。采用AD9510时钟板产生ADC和DAC采样所需的频率122.88 MHz和245.76 MHz,采样信号时间抖动仅为4 ps,由此引起的幅值采样误差和相位采样误差分别为±0.04%和±0.025%,符合设计要求。

关键词：射频前端时钟分配上下变频低电平控制超导加速器

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强流重离子RFQ加速器高频反馈控制研究

原子核物理评论 2022年第4期39卷 454-462页

作者：翟雨晗高郑杨尧孙良亭张博唐煜赵红卫中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学院大学核科学与技术学院北京100049

低能量强流重离子直线加速器装置(LEAF)是一台面向核天体物理、原子物理与材料辐照等多学科研究的强流高电荷态重离子直线加速器,由中国科学院近代物理研究所承担建设。LEAF强流离子束加速主要通过一台四翼型连续波RFQ实现,为实现其腔... 详细信息

低能量强流重离子直线加速器装置(LEAF)是一台面向核天体物理、原子物理与材料辐照等多学科研究的强流高电荷态重离子直线加速器,由中国科学院近代物理研究所承担建设。LEAF强流离子束加速主要通过一台四翼型连续波RFQ实现,为实现其腔体各种复杂工况下的频率、幅度及相位的稳定控制,高频控制系统采用数字化低电平的方案。此低电平系统针对LEAF-RFQ的特殊要求开发了自动跟踪频率、双路功率源驱动、混合离子束快速切换相位等独特功能,实现了稳定地载束运行。同时,利用上位机程序实现了腔体的一键自动操作。

关键词：重离子加速器 RFQ 低电平控制

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合肥储存环二期改造工程的调试

高能物理与核物理 2006年第Z1期30卷 165-167页

作者：徐宏亮王琳孙葆根尚雷李为民刘祖平何多慧中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029

合肥光源二期工程改造后,对电子储存环光学参数进行了全面的调试和测量,新注入系统和高频系统的调试,也获得了巨大的成功,在插入八极铁和过正地补偿色品后,耦合束团不稳定性的得到了有效地抑制,从而使改造后电子储存环能积累和运行在30... 详细信息

合肥光源二期工程改造后,对电子储存环光学参数进行了全面的调试和测量,新注入系统和高频系统的调试,也获得了巨大的成功,在插入八极铁和过正地补偿色品后,耦合束团不稳定性的得到了有效地抑制,从而使改造后电子储存环能积累和运行在300mA以上的流强．

关键词：闭轨校正注入凸轨冲击磁铁低电平控制耦合束团不稳定性

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NSRL二期工程中储存环高频系统的改造

中国科学技术大学学报 2007年第4期37卷 345-349页

作者：金凯安宜斌黄贵荣冯兰林刘功发曾翔王贵诚中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥230029

分析了合肥光源电子储存环原高频系统中存在的问题,详细介绍了高频发射机和功率传输系统的改进、新高频腔的研制和高频控制系统的完善,并给出了设计指标和测试结果.结果表明:技术参数达到和优于设计指标,能满足储存环的工作要求.

关键词：合肥光源高频系统高频发射机高频腔低电平控制

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医用回旋加速器控制系统设计

太赫兹科学与电子信息学报 2020年第2期18卷 334-338页

作者：吴永存杨兴林石金水赵良超何小中中囯工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999

医用回旋加速器目前广泛应用于国防基础科学研究、同位素生产以及诊断、治疗等应用领域,然而都无一例外地要求其稳定性、安全性。本文从医用回旋加速器的应用需求出发,概述了控制系统的组成、各子系统的作用,详细阐述了以RX3i可编程控... 详细信息

医用回旋加速器目前广泛应用于国防基础科学研究、同位素生产以及诊断、治疗等应用领域,然而都无一例外地要求其稳定性、安全性。本文从医用回旋加速器的应用需求出发,概述了控制系统的组成、各子系统的作用,详细阐述了以RX3i可编程控制器为前端控制器的系统集成、高频系统的低电平控制的控制策略以及不同工作模式下各系统间的安全联锁。连续的运行结果表明:控制系统保证了整个系统的平稳运行,满足了加速器运行及其调试要求。

关键词：回旋加速器控制系统系统集成低电平控制安全联锁

超快电子衍射装置的电子束能量稳定系统设计与研究

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超快电子衍射装置的电子束能量稳定系统设计与研究

作者：沈妍华中科技大学

学位级别：硕士

超快电子衍射是为了满足人类探索超快超微现象所发展起来的探测技术。华中科技大学兆电子伏超快电子衍射装置使用光阴极微波电子枪来加速电子。由于微波系统的不稳定性,束团能量存在不可避免的抖动,这也导致了束团飞行时间的抖动。为了... 详细信息

超快电子衍射是为了满足人类探索超快超微现象所发展起来的探测技术。华中科技大学兆电子伏超快电子衍射装置使用光阴极微波电子枪来加速电子。由于微波系统的不稳定性,束团能量存在不可避免的抖动,这也导致了束团飞行时间的抖动。为了实现100 fs以内的时间分辨率,必须减小束团飞行时间的抖动。本文希望设计出一套能量稳定系统来提高微波系统的稳定性,从而减小束团的飞行时间抖动,以达到百飞秒时间分辨率的要求。本文中的能量稳定系统分为基于能谱仪的测量系统和基于低电平的控制系统。在能谱仪的设计部分,根据时间分辨率的要求,提出了±1%的能量测量精度要求,据此设计了一个偏转半径为50 cm、偏转角度为60°的C型磁铁。建立了二极铁的模型,基于磁场垫补原理将好场区内的磁场均匀度从垫补前的8.54×10提高到了5.02×10,并在该模型中计算出了电流与其产生磁场的关系曲线。使用切片法求解了包含边缘场的能谱仪的传输矩阵,最后通过分析磁场中的多极场证实了切片法计算结果的准确度。在束流模拟部分,在束流仿真软件ASTRA中,首先用单粒子模型验证了能谱仪的两种工作模式。在多粒子模型中,建立了能量与荧光屏上束团中心水平位置的关系曲线,验证了不考虑其他误差情况下,能谱仪的设计可以达到测量精度指标。用该曲线对束团能散进行了计算,说明了该方法测量能散的可行性。最后对能谱仪在实际测量中可能存在的部分误差和磁场误差进行了评估。在控制系统设计部分,提出了微波信号的各个参数精度需求,据此为各个微波器件选型,尤其关注了新一代速调管为提高输出效率而改良的聚束方案。基于低电平控制系统,比较了各控制参数的控制效果,说明了幅相测量控制回路和能量测量控制回路的不同适用场景,并为两个控制回路设计了不同的控制方案,给出了低电平系统的整体控制框图。研究了适用于FPGA的数字信号控制算法,包括IQ采样解调和CORDIC算法,计算结果显示CORDIC算法的迭代次数设置为18次是合适的。

关键词：超快电子衍射飞行时间抖动能量稳定磁铁设计低电平控制