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边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数

核技术 2023年第5期46卷 78-86页

作者：李勇何俊随艳峰袁任贤杜垚垚张婉王徐建尹頔于令达刘智魏书军岳军会曹建社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 中国科学院上海高等研究院上海201204

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... 详细信息

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。

关键词：边界元法束流位置探测器位置灵敏度系数高能同步辐射光源

HLS新研制的束流位置探测器定标和误差分析

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高能物理与核物理 2001年第11期25卷 1120-1127页

作者：王筠华沈连官王贵诚刘建宏中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029

介绍了NSRL二期工程中 ,为存储环上注入段真空盒改造而新研制的 8组束流位置探测器的定标和数据处理过程及其探头定标电场的拟合和误差计算结果 .

关键词：束流位置探测器模拟定标 HLS 误差分析储存环 BPM 信号处理模块

BEPCⅡ直线加速器束流位置探测器零点误差的测量

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原子能科学技术 2010年第2期44卷 248-251页

作者：张彩霞刘渭滨叶强中国科学院高能物理研究所北京100049

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... 详细信息

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。

关键词：束流位置探测器偏差测量束流轨道

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基于束流位置探测器的束团长度测量

强激光与粒子束 2013年第2期25卷 461-464页

作者：王建新黎明王汉斌李鹏吴岱中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

分析了驱动电子束团的频域特性,研究了基于该特性进行长度测量的理论基础;使用三维模拟软件对束流位置探测器(BPM)进行建模,用模拟的方法对传输阻抗进行了数值计算;对不同长度的束团进行了测量和计算,并且分析了束团位置在真空管道中偏... 详细信息

分析了驱动电子束团的频域特性,研究了基于该特性进行长度测量的理论基础;使用三维模拟软件对束流位置探测器(BPM)进行建模,用模拟的方法对传输阻抗进行了数值计算;对不同长度的束团进行了测量和计算,并且分析了束团位置在真空管道中偏移对束团长度测量的影响。由测量结果可见,电子束团长度在10～100ps(3～30mm)时,测量误差均小于2%,满足中国工程物理研究院高平均功率自由电子激光太赫兹实验测量的使用要求。

关键词：束团长度束流位置探测器频谱传输阻抗

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BEPCⅡ试验束束流位置探测器的研制

强激光与粒子束 2008年第2期20卷 281-285页

作者：陈鹏吴元明李家才邹湘牛卫平张少平中国科学院高能物理研究所北京100049

为实现试验束束流位置的非拦截测量,研制了3个条形电极束流位置探测器和一批真空定位子。利用高定位精度电控精度电控位移平台对这3个探测器分别进行了标定,随后进行了束流初步试验。探测器主要由位于真空管道内的4条1 mm厚不锈钢条带构... 详细信息

为实现试验束束流位置的非拦截测量,研制了3个条形电极束流位置探测器和一批真空定位子。利用高定位精度电控精度电控位移平台对这3个探测器分别进行了标定,随后进行了束流初步试验。探测器主要由位于真空管道内的4条1 mm厚不锈钢条带构成,条带上感应信号的大小反映束流位置的变化。给出了探测器的定标系数、系统特性阻抗和端口传输系数。

关键词：试验束条形电极束流位置探测器定位子标定

用于四代光源衍射极限储存环的纽扣型束流位置探测器的研究

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用于四代光源衍射极限储存环的纽扣型束流位置探测器的研究

作者：骆正秋华中科技大学

学位级别：硕士

四代光源中,同步辐射光的极高亮度依赖于电子束团具有接近衍射极限的极低发射度,这对误差控制、束流轨道稳定性提出了极为严格的要求,意味着束流诊断系统必须对束流运行轨道进行精准监测。衍射极限储存环的束团横向尺寸在微米级别,轨道... 详细信息

四代光源中,同步辐射光的极高亮度依赖于电子束团具有接近衍射极限的极低发射度,这对误差控制、束流轨道稳定性提出了极为严格的要求,意味着束流诊断系统必须对束流运行轨道进行精准监测。衍射极限储存环的束团横向尺寸在微米级别,轨道波动要控制在束团横向尺寸的10%范围内,因此束流位置测量系统对束流位置的测量分辨率提出了极高的要求,需要达到亚微米量级。束流位置探测器作为束流位置测量系统的核心部件,其设计是关键工作之一。本文为武汉光源1.5 Ge V衍射极限储存环研制了一款高分辨率的纽扣型束流位置探测器。在理论设计部分,结合位置测量原理研究电极结构与各性能参数间的相对关系,基于边界元法,开发了通用于不规则真空管道上的位置灵敏度求解程序,综合考虑后折衷选定一组半径3 mm、间隙0.3 mm、厚度2 mm的电极基本尺寸,保证其对应的输出信号功率以及固有分辨率等均符合设计指标。同时,模拟了BPM的标定过程,拟合得到了位置响应函数。在物理设计部分,提出了纽扣型束流位置探测器的结构材料方案,利用有限元仿真软件得到时域感应电压信号、传输阻抗以及尾场阻抗等参数,并且模拟束流位移过程,评估了束流位置探测器的测量性能。分析尾场阻抗、高阶捕获模式等与材料结构的相关性,验证了电极尺寸与陶瓷结构会直接影响反映真空环境耦合作用的尾场阻抗峰值与分布。仿真结果表明BPM物理结构的整体设计符合技术指标。在机械加工测试部分,综合考虑工程实际,完成了了纽扣型束流位置探测器的机械结构方案与实现,重点评估了不同束流工况下电极拾取信号时伴随的发热与形变问题对测量性能的影响。完成了一批Feedthrough工件的磁导率、真空漏率、电容等关键物理性能以及电性能测试,并且利用标定平台对BPM样件进行了离线标定实验。测试结果显示各项参数符合技术要求,所用加工工艺可用于后续批量生产。综上,本文完成了衍射极限储存环上纽扣型束流位置探测器的完整设计,可实现亚微米级别的位置测量精度,解决了高分辨率地监测束流轨道的难题。设计重点在于系统且深入地探究了电极结构、材料对尾场阻抗、高阶模的影响。该研制思路可拓展至其他电子束位置探测研究中,为粒子加速器束测领域做出了贡献。

关键词：第四代光源武汉光源衍射极限储存环束流位置探测器高分辨率

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西安质子应用装置BPM设计及测试结果

原子能科学技术 2018年第1期52卷 161-167页

作者：王敏文郑曙昕关遐令张化一王学武黄文会王忠明邱孟通清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京100084 清华大学先进辐射源及应用实验室北京100084 清华大学工程物理系北京100084 西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室陕西西安710024

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0.1mm和1°,绝对位置测量准确度好于±0.5mm。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... 详细信息

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0.1mm和1°,绝对位置测量准确度好于±0.5mm。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24.5μm。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60μm,相位测量分辨率好于0.74°,绝对位置测量准确度为±0.35mm。该设计满足西安质子应用装置的要求。

关键词：束流位置探测器灵敏度电容耦合分辨率

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

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原子能科学技术 2007年第3期41卷 339-342页

作者：李吉浩孙葆根何多慧卢平王筠华李鹏中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥230029

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(Beam Position Monitor,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... 详细信息

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(Beam Position Monitor,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1.55 dB/mm和1.48 dB/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。

关键词：束流位置探测器条带电极电中心标定校准

用于合肥光源200MeV直线加速器束流位置测量的信号处理系统

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强激光与粒子束 2005年第9期17卷 1434-1436页

作者：李吉浩孙葆根何多慧卢平王筠华曹涌郑普中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥230029

合肥光源(Hefei Light Source,HLS)200 MeV直线加速器的束流横向位置是一个重要的运行参数,直接决定注入的效率,为此新开发了一种非拦截型、高精度、易于将测量结果数字化的条带电极束流位置测量系统(beam position monitor,BPM),该系... 详细信息

合肥光源(Hefei Light Source,HLS)200 MeV直线加速器的束流横向位置是一个重要的运行参数,直接决定注入的效率,为此新开发了一种非拦截型、高精度、易于将测量结果数字化的条带电极束流位置测量系统(beam position monitor,BPM),该系统由条带电极和信号处理系统组成。信号处理系统选用对数比的信号处理方法,由带通滤波器(BPF)、对数检波模块、信号放大器、模数转换模块和上位机组成。带通滤波器选用中心频率为2.856 GHz、带宽为10 MHz的腔体滤波器,对数检波模块采用对数放大器AD8313芯片,模数转换模块采用NI公司的PXI-5102,上位机的数据采集程序采用Labview编写。本系统有效地采用了虚拟仪器(VI)的技术,具有模块化、开放性、易于交互、可扩展的特点,测试结果表明,其分辨率达到0.1 mm,符合设计要求。

关键词：束流位置探测器条带电极信号采集信号处理系统直线加速器