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高重频自由电子激光装置快速逐束团控制系统设计

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核电子学与探测技术 2024年第4期44卷 641-647页

作者：楚淑清谷端顾强中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海201210

为优化高重频自由电子激光的性能,在第一级束团压缩器前引入一个常温射频腔,通过施加微小的啁啾到电子束上,实现对束团压缩逐束团控制。利用该常温射频腔,通过调整幅度以及相位的方法,对束团长度和束团到达时间等纵向参数进行快速反馈,... 详细信息

为优化高重频自由电子激光的性能,在第一级束团压缩器前引入一个常温射频腔,通过施加微小的啁啾到电子束上,实现对束团压缩逐束团控制。利用该常温射频腔,通过调整幅度以及相位的方法,对束团长度和束团到达时间等纵向参数进行快速反馈,从而确保束团品质。实验表明,本设计实现动态束团长度调控,对于未来自由电子激光设施的设计和运行具有借鉴意义。

关键词：高重频逐束团纵向参数 SXFEL SHINE

高能同步辐射光源逐束团束流位置测量电子学研制

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原子能科学技术 2020年第9期54卷 1709-1714页

作者：张醒儿张琪曹建社叶强麻惠洲马宇飞杜垚垚黄玺洋魏书军岳军会随艳峰中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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10μm,测试结果满足HEPS逐束团BPM的需求。

关键词：逐束团高能同步辐射光源 ZYNQ芯片高速信号采集

模式独立分析方法在加速器逐束团研究中的应用

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强激光与粒子束 2014年第3期26卷 286-290页

作者：张宁杨勇冷用斌陈之初阎映炳赖龙伟中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

在加速器束流诊断中,为了对获取到的逐束团位置数据降噪处理,以获得测量精度更高的数据用于进一步研究,上海光源束测组在束流注入阶段位置数据分析中引入并扩展了模式独立分析方法。将此方法中的数据处理对象由多个束流位置探头获取到... 详细信息

在加速器束流诊断中,为了对获取到的逐束团位置数据降噪处理,以获得测量精度更高的数据用于进一步研究,上海光源束测组在束流注入阶段位置数据分析中引入并扩展了模式独立分析方法。将此方法中的数据处理对象由多个束流位置探头获取到的逐圈位置数据矩阵更改为单探头逐束团多圈位置矩阵,通过对矩阵进行奇异值分解提取其主要运动模式。此方法有效地将随机噪声与具有物理意义的真实信号分离开来,提取出加速器物理学家真正关注的束流运动模式,便于后续的束流不稳定性分析。

关键词：模式独立分析方法逐束团束流不稳定性模式提取束流诊断

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BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

强激光与粒子束 2015年第6期27卷 277-281页

作者：邓庆勇曹建社张源岳军会何俊中国科学院高能物理研究所粒子加速物理与技术重点实验室北京100049

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,... 详细信息

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。

关键词：束流位置逐束团束流位置探头信号处理

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上海光源逐束团数据采集系统研制

核技术 2013年第12期36卷 1-6页

作者：杨桂森冷用斌赖龙伟俞路阳袁任贤阎映炳中国科学院上海应用物理研究所嘉定园区上海201800 中国科学院大学北京100049

为进一步提升光源性能,需要对加速器非线性束流动力学问题、宽带束流阻抗问题、恒流模式下注入脉冲引入的束流位置扰动问题进行研究,从而优化新增设备阻抗、优化束团填充模式、优化注入模式,提高不稳定性流强阈值。而逐束团诊断技术的研... 详细信息

为进一步提升光源性能,需要对加速器非线性束流动力学问题、宽带束流阻抗问题、恒流模式下注入脉冲引入的束流位置扰动问题进行研究,从而优化新增设备阻抗、优化束团填充模式、优化注入模式,提高不稳定性流强阈值。而逐束团诊断技术的研究,是达成上述目标的技术基础。上海光源研制了一套逐束团数据采集系统,该系统主要由RF前端、数据采集卡和EPICS软件三部分组成。RF前端将束团信号展宽到2 ns,利用四路采样率为125 MHz的ADC组成等效的500 MHz逐束团采样,利用EPICS实现后续信号处理。在线测试结果表明,系统可准确检测逐束团位置信息,并可获得逐束团工作点,为机器研究提供了有力手段。

关键词：逐束团数据采集 RF前端等效采样束团位置

BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用

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强激光与粒子束 2014年第10期26卷 271-274页

作者：邓庆勇曹建社岳军会魏源源麻惠洲杜垚垚中国科学院高能物理研究所北京100049

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模... 详细信息

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。

关键词：逐束团丢束束流位置探头现场可编程门阵列

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微带传输线束流信号展宽处理设计

强激光与粒子束 2016年第9期28卷 144-148页

作者：杨勇冷用斌阎映炳中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

对束流信号进行展宽处理是储存环逐束团位置测量RF前端设计的重要工作之一。针对上海光源储存环束流信号的特点,对束流信号展宽进行分析,采用低通滤波器和包络检波联合的方法对信号进行展宽。考虑到实现过程需要对信号进行ps量级的延时... 详细信息

对束流信号进行展宽处理是储存环逐束团位置测量RF前端设计的重要工作之一。针对上海光源储存环束流信号的特点,对束流信号展宽进行分析,采用低通滤波器和包络检波联合的方法对信号进行展宽。考虑到实现过程需要对信号进行ps量级的延时,使用微带传输线对该方法进行了具体设计。对微带传输线等效为集总参数LC元件进行推导以进行低通滤波器设计,给出了阻抗匹配方案以实现宽带功率分配器与合成器。仿真和实测结果表明,所设计的电路能够对束流信号进行有效展宽处理。

关键词：逐束团微带传输线低通滤波阻抗匹配上海光源

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CSNS RCS环BPM电子学实现

核电子学与探测技术 2014年第2期34卷 170-174,193页

作者：路伟赵豫斌赵京伟田兴成赖蔚中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学北京100049 核探测与核电子学国家重点实验室北京100049 东莞中子科学中心北京100049

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步环(RCS)上需要束流位置检测器(BPM)来检测束流位置偏移。论文介绍该系统中读出电路的设计和实现。设计BPM读出电路的最大挑战就是接收和处理大动态范围(5.8 mV^32 V)和变化宽度(80~500 ns)的探头引出信... 详细信息

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步环(RCS)上需要束流位置检测器(BPM)来检测束流位置偏移。论文介绍该系统中读出电路的设计和实现。设计BPM读出电路的最大挑战就是接收和处理大动态范围(5.8 mV^32 V)和变化宽度(80~500 ns)的探头引出信号。文中介绍的模拟电路,采用由模拟运放和模拟开关构成可变增益放大器的结构,能够接收和处理该探头引出信号。另外,对于一个BPM系统,精确的实时束流位置检测是必须的。本设计基于FPGA,开发了计算逐束团位置信息和束流闭轨模式位置信息的实时算法。此外,设计实现了工程所需的各种功能,包括30 s逐束团位置缓存、基于VME总线的数据读出和控制、FPGA程序的在线加载等。初步测试显示,在最小信号10 mV时,逐束团位置分辨是0.9 mm,束流闭轨模式位置分辨为50μm。

关键词：中国散裂中子源束流位置检测器电子学大动态范围逐束团

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BEPCⅡ储存环束团流强测量

强激光与粒子束 2014年第7期26卷 295-299页

作者：邓庆勇曹建社叶强岳军会张丛王鹏飞中国科学院高能物理研究所北京100049

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)原束团流强测量系统(BCM)不能稳定运行的问题,对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头(BPM)信号直接采样,在现场可编程门阵列(FPGA)内进行实时数字信号处理,进而得到加速器储存环内的束团... 详细信息

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)原束团流强测量系统(BCM)不能稳定运行的问题,对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头(BPM)信号直接采样,在现场可编程门阵列(FPGA)内进行实时数字信号处理,进而得到加速器储存环内的束团流强值。基于反射内存网络,系统可以实现测量结果高速共享、实时显示。升级后系统实现了更高精度的测量,实时显示精度到0.1mA,最佳测量精度达到10μA。通过对系统的触发时钟和算法结构调整,系统实现了长时间的稳定工作,正负电子储存环均实现了对束团流强的均匀性控制,提高了加速器的对撞亮度。

关键词：束团流强逐束团束流位置探头反射内存现场可编程门阵列