HLS Ⅱ储存环中快速束团横向尺寸和位置测量系统的研制及初步应用研究-核科学与技术专业毕论文.docx

摘要摘要 摘要 摘要 在电子储存环中，束流在注入阶段或者高流强导致不稳定性等情况下，其逐 圈横向尺寸和位置会在几圈甚至几十圈内发生变化。现有的束流位置测量系统或 者逐束团反馈系统只能测量逐圈或逐束团横向位置的变化，无法直接测量束流的 横向尺寸。基于同步光的横向截面测量系统通常选用CCD作为感光元件，最多 几百赫兹的帧率导致其结果为多束团和多圈的平均测量，无法测量快速束团横向 尺寸和位置。因此，本论文为HLS II储存环研制了基于多阳极光电倍增管的快 速束团横向尺寸和位置测量系统，并开展了初步的应用研究工作。 本文首先调研了快速束团横向尺寸和位置测量领域的研究现状，针对国外实 验室需要同步采集阵列型探测器输出的高达几十路光电流信号，通过高斯拟合方 式获取光斑横向尺寸和位置的特点，提出了采用对数处理技术计算光斑横向尺寸 和位置的方法，该方法只需要MAPMT四个连续通道的光电流信号，减小了系统 的设计成本和复杂度。 在快速束团横向尺寸和位置提取算法中，定义并仿真得到理想尺寸信号随光 斑尺寸的变化呈良好的线性关系，当光斑尺寸Dc0．8～2mm时，位置变化对尺寸信 号的影响不超过1％；定义并仿真得到当光斑位置护．2．0~2．0mm时，理想位置信 号随光斑位置变化呈良好的线性关系，并且位置灵敏度受光斑尺寸变化的影响低 于1％。考虑探测器通道响应不一致性，提出利用CCD的束斑尺寸结果标定通道 不一致性并对算法进行修正，仿真结果显示修正后尺寸和位置信号与理想尺寸和 位置信号重合很好。 设计了探测器成像光路两个方向的放大倍率，标定了成像支路上的三块消色 差透镜，确定了透镜焦距和透镜主平面相对参考边沿的位置；调研并选择了光电 倍增管的分压器供电电路和高压供电电源；设计了四通道光电流信号调理电路， 电路板测试结果表明放大器带宽达到420MHz，各通道相对参考通道2的增益偏差 小于0．2dB，峰值信号偏差不超过2％。 在低速模式下，根据探测器输出的平均阳极电流对对数处理算法进行了验 证，并标定了通道增益参数；在高速模式下，对单束团信号采用插值法和数字积 分法分析了信号的抖动特性，在有激励模式下，利用四通道信号得到了垂直方向 工作点，并在关激励的情况下，测量了系统的分辨率。 基于高速示波器的测量系统中，示波器精度有限且无法实现储存环RF频率 整数倍的同步采样，只能对数据进行离线处理。本论文最后介绍了基于数字信号 处理器的快速束团横向尺寸检测器的研制。利用双曲模式下的CORDIC算法计算 万方数据 摘要了自然对数：通过增加k≤0迭代方法扩展自然对数的输入量范围，并在LabVIEW 摘要 了自然对数：通过增加k≤0迭代方法扩展自然对数的输入量范围，并在LabVIEW FPGA中实现了对数处理算法，硬件实现结果很好的满足了逐圈处理速度和精度 的要求。 本课题由国家自然科学基金项目1110514111575181) 和合肥光源重大维修改造项目支持。 关键词：快速束团横向尺寸和位置，多阳极光电倍增管，高斯拟合，对数处理算 法，插值法和数字积分法，CORDIC算法，自然对数 II 万方数据 Abs仃actAbstract Abs仃act Abstract In the electron storage ring，beam turn-by-turn transverse size and position will change in several or even dozens of turns in many cases such as beam injection phase or high beam current leading to beam instabilities．The existing beam position measurement system or bunch·-by-·bunch feedback system can only measure the turn-by-turn or bunch—by-bunch transverse beam position，but they Can’t be used to measure the beam size directly．Transverse profile measurement systems based on synchrotron radiation usually use a CCD camera as a sensor，which has a maximal frame rate of several hundred Hertz．So these systems are indeed average measurements w