基于示波器嵌入式IOC技术的逐束团位置监测系统研制

为研究尾场引起的束团不稳定性,本工作开发了基于高速宽带示波器嵌入式IOC的逐束团位置测量系统。该系统通过直接获取加速器储存环中钮扣型电极的原始束流信号,进行在线计算独立的水平和垂直方向的逐束团位置。介绍了此系统的需求分析、硬件结构以及嵌入式IOC软件结构。利用在上海光源储存环上获取的逐束团位置数据,对系统性能进行了评估。实验显示,不同束团感应到的工作点及横向振荡振幅与束团编号间的依赖关系,结果证明该系统是一个有效的机器研究工具。     

FPGA横向反馈数字板在SSRF储存环的应用

上海光源（SSRF）正在构建基于数字信号处理模块的横向反馈系统。FPGA（Field Programmable Gate Array）结构可以调节数字板FIR滤波器的参数,具有较好的灵活性。图形用户界面（GUI,Graphical User Interface）程序用来实现滤波器设计,并生成供数字板下载的逗号分隔符.csv（Comma Separated Value）文件。我们通过调节横向工作点处增益和相位,使滤波效果达到最优化。本文介绍了SSRF横向反馈对单束团束流情况下的实验结果,已能够证明数字板调节的灵活性。系统在多束团情况下的研究将要进行。     

束流位置探头的理论设计

加速器的束流位置通常采用四个纽扣形电极的束流位置探测器(BPM)进行测量。本文主要探讨了一种BPM的理论设计方法。首先利用有限元方法对BPM电极的感应电荷进行理论计算，得到四个电极感应的电信号与位置信号的理论关系；利用最小二乘法原理对此结果进行多项式拟合，求出标定系数。在此基础上通过更改BPM的几何参数，求出相应的标定系数，即可得到不同性能的BPM。经优化处理得到所需的束流位置探测器设计参数。     

上海软X射线自由电子激光腔式束流位置测量系统

上海软X射线自由电子激光装置（Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser, SXFEL）需1个分辨率达到亚μm量级的束流位置测量系统，并采用基于束流准直的方法实现波荡器段电子束与光子束的紧密重合。为此设计研制了1个由C波段腔式探头、单路混频至低中频的射频前端以及自主研发的专用数字信号束流位置处理器（digital beam position monitor processor, DBPM）构成的腔式束流位置测量（cavity beam position monitor, CBPM）系统。本文对系统的设计、软硬件结构、系统搭建进行了介绍，并基于漂移段搭建的3个紧邻的CBPM阵列完成了在线系统性能评估。束流实验结果表明，在束团电荷量为500 pC、系统动态范围在±800 μm的条件下，位置分辨率可达880 nm，这也是国内首次研制成功可在线运行的具有亚μm位置分辨率的CBPM系统。此外，采用CBPM的相位腔进行相对束团电荷量、束团到达时间的测量，其性能评估结果也均优于SXFEL设计要求。     

上海光源储存环束流位置监测系统

本文简述了上海光源储存环位置测量系统的物理需求、基本设计思想以及软硬件结构,对其中采用的数字束流位置信号处理器、高精度纽扣型束流位置探头、信号传输网络等关键部件的研制、安装情况进行了详细介绍.该系统经一年调试优化现已投入日常运行,结果表明位置分辨率达到亚微米量级,优于上海光源设计要求.     

Development of button-type pickup for SSRF ring

In building Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF), in order to reduce or eliminate the unnecessary sources of beam motion, the precise and stable beam position measurement system in the feedback system was required. In this study, we focused on theoretical analysis of the electrode of beam position monitor(BPM).Simulations, including analytic derivations of the propagation impedance and the distribution inductance, were performed. The BPM was designed based on the results and the acceptance measurements of the impedance and the inductance by using the time domain reflection(TDR) with a network analyzer. It has been proved in years of operations that the BPM system meets the requirement of the resolution of sub-micron.     

Beam position monitor troubleshooting by using principal component analysis in Shanghai Synchrotron Radiation Facility

Beam position monitors(BPMs)have been widely used in all kinds of measurement systems,feedback systems and other areas in particle accelerator field these days.The malfunction of a single BPM can cause serious consequences such as the failure of the orbit feedback and the transverse feedback.A troubleshooting has been made to prevent the defective BPMs from affecting the accuracy and stability of the storage ring in Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF).Different types of malfunctions have been successfully identified by using the idea of principal component analysis(PCA).     

基于双腔探头的流强精确测量

上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF,简称上海光源)作为中国第三代同步辐射装置,在为用户提供研究平台的同时,也在不断优化top-up运行模式,包括研究多束团注入以及注入效率优化等。而注入效率的优化需要精确测定注入束团的电荷量。由于ICT(Integrating Current Transformer)信号易受噪声干扰,分辨率不足1%,尤其在低电荷量注入时,分辨率将进一步降低,因此本文提出利用腔式探头分辨率高的特性,使用双腔探头检测注入流强的方案,并着重研究探头信号的采集处理方法。在上海光源高能输运线上完成的初步束流实验结果表明:注入流强的相对测量精度最好可以达到0.03%,满足储存环注入效率精确测量的要求。     

横向反馈系统数字滤波算法及系统仿真

上海同步辐射装置SSRF(Shanghai Synchrotron Radiation Facility)拟构建现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)数字信号处理模块为基础的横向反馈系统.基于最小二乘法的滤波器设计,能满足横向反馈对增益和相位的特殊要求,优化设计可节省3倍横向反馈功率.本文通过AT(Accelerator Tool)程序仿真,验证滤波器相位偏移特性,及反馈系统增益与横向反馈衰减时间指标之间的计算关系.并进一步研究衰减时间与横向反馈Kicker功率之间的关系.     

边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数

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。