多通道双晶单色器平行度测量与运动轨迹规划

针对双转轮多通道双晶单色器的平行度误差补偿问题,提出一种基于光电自准直仪的多通道双晶单色器准静态双晶衍射面平行度测量方法以及一种S形曲线轨迹规划方法。分析多通道单色器的结构及运动特点,基于光电自准直仪提出多通道双晶单色器平行度测量系统的总体框架及测量具体流程。结合多通道双晶单色器运动特点,提出一种S形曲线轨迹规划方法,并基于平行度测量结果对单色器运动轨迹进行优化设计。最后,在搭建的实验平台上开展准静态平行度测量实验及运动轨迹跟踪实验。结果表明:所搭建的平行度测量系统的平行度分辨率达0.5″,相邻两组晶体角度跃迁差值在百角秒量级;所提S形曲线轨迹规划算法将轨迹跟踪误差抑制在6.1″,相比传统5阶多项式及未规划轨迹,跟踪误差分别降低58.7%和63.9%。实验结果验证了所提方法有效性,对改进双转轮多通道双晶单色器性能具有良好的实际应用价值。

弧矢聚焦双晶单色器性能测试研究

针对同步辐射光束线中的弧矢聚焦双晶体单色器,研究了高准确度自准直平行光管对Bragg转角的步长分辨、转角准确度等参量检测的方法.利用单色器的双晶平行光路,可以方便实现对晶体微调角度的放大,从而检测微调机构的性能.建立了光束线模拟光路,可以实现对弧矢聚焦效果的检测.利用该方法,完成了我国第一台弧矢聚焦双晶单色器的离线检测,检测结果达到了理论设计指标,表明了测试方法的有效性.

同步辐射弧矢聚焦双晶单色器传输效率的研究

本文对理想弧矢聚焦双晶单色器的相对传输效率进行理论分析 ;对第一晶体受高热负载发生的形变及第二晶体的鞍型形变对单色器的传输效率影响的原因 ,抑制第一晶体热形变、第二晶体鞍型形变所采取的结构和方法进行了简单的叙述 ;并对采取直接水冷的第一晶体和背部加肋的第二晶体进行了 SHADOW光学追踪分析 ;进而得出整个单色器的实际传输效率 .

NSRL-U7C双晶单色器热载影响与计算分析

在测试合肥国家同步辐射实验室(NSRL)U7CX射线吸收精细结构(XAFS)光束线双晶单色器(DCM)热载影响基础上,进行了单色器在无水冷却、辐射散热条件下热平衡动态过程分析,并运用有限元方法对第一晶体作了热-结构耦合计算,得到晶体热平衡所需时间、温度梯度分布及由此产生的热应力形变与面形误差等;同时对拟增设的普通底面水冷方式作了比较分析。

双晶单色器弧矢聚焦晶体面形有限元分析

简要介绍了弧矢聚焦双晶单色器的基本原理、聚焦晶体的压弯以及鞍形形变的抑制,提出了柔性铰链弧矢聚焦晶体压弯机构,对弧矢聚焦晶体衍射面的子午形变和弧矢弯曲面形进行了有限元分析;用光学追踪程序SHADOW得出了弧矢聚焦晶体衍射面面形对单色器的光通量和分辨率的影响。

双晶单色器固定高差相对检测技术研究

简述了同步辐射光束线中双晶单色器的基本原理和固定高差原理,介绍了固定高差相对变化的离线检测方法,并对该检测技术进行精度分析。结果表明:影响检测精度的主要因素是光斑判读精度,检测实例显示,检测精度可达4.9μm,满足精度需求。

同步辐射X射线双晶单色器联动机构

提出了一种实现固定空间输出位置同步辐射双晶单色器的方法及联动机构。分析了基于Bragg衍射原理的此类X射线双晶单色器发展状况,尤其是在能量扫描过程中,通过运动补偿实现出射光束方向与位置固定的方法,总结了各种机械联动机构。在综合凸轮耦合运动机构及直角联动机构运动特点基础上,详细描述了国家同步辐射实验室成功研制的X射线双晶单色器L型联动机构特征,其融合了二者的优点,简化了结构与运动,重点分析了其结构原理与运动关系,以及机构运动的实现与第二晶体自身微调,并对其性能做了进一步的讨论。测试结果表明,L型联动机构完全适用于实现3.1-12.4 keV整个能量范围的全谱扫描实验研究。

双晶单色器水冷晶体的设计加工

简要介绍了弧矢聚焦双晶单色器的作用及结构原理,根据设计指标确定了水冷晶体衍射面及外形尺寸,分析了高热负载下水冷晶体的热变形,根据国外经验采用直接水冷却法进行高热负载的热缓释,设计了用于直接水冷却的刻槽晶体及冷却结构,根据设计完成了晶体的材料选择、定向切割、冷却水槽的刻制等加工工艺,最终完成了适用于弧矢聚焦双晶单色器的直接水冷分光晶体的加工,该晶体能承受大于0.5W/mm2的热负载。

水冷双晶单色器结构的研究

介绍了同步辐射双晶单色器第1晶体热负载的情况,分析了热变形的原因,尝试了用光学追迹的SHADOW软件计算同步光在晶面上的能量分布,并用有限元方法模拟分析了底冷式和曲顶槽式两种水冷结构。结果表明,两种水冷却结构均能有效降低晶体表面的温升,减小变形量,其投角的变化小于投角调节精度(1μrad),其中曲顶槽型结构效果更佳,可用于晶体表面热功率密度约为1.0W/mm2的场合。

石墨双晶单色器性能检验及应用

中子能量选择成像作为一种前沿中子成像技术,可实现传统白光中子照相技术无法实现的功能,如研究工程材料中的晶粒分布、应变/应力分布、织构测量和相变分析等。本文依托中国先进研究堆(CARR)上的中子成像测试平台,在国内首次研制了石墨双晶单色器,建立能量选择中子成像技术。飞行时间实验测试结果表明,该双晶石墨单色器在选择4×10^(10) m的中子时波长分辨率可达2.6%,优于3.0%的设计指标。虽然在冷源未开启的实验条件下该石墨双晶单色器产生了较多的次级中子,但基于现有条件开展的镍基高温合金的中子能量选择成像实验能清楚分辨特定取向微晶粒的形貌及分布。结果表明研制的石墨双晶单色器可在CARR上开展能量选择成像实验,随着未来CARR冷源的开启,次级中子数量降低,中子束流品质进一步提高,将开展高质量的中子能量选择成像实验。

双晶单色器微调机构柔性铰链的设计

阐述了双晶单色器微调机构的基本原理,对其关键零件柔性铰链的设计作了详细介绍,利用计算机进行优化计算,应用有限元法对柔性铰链作了应力与变形分析。结果表明,有限元分析的计算值与实验测量值接近,说明采用柔性铰链的微调机构能满足精度要求。

双晶单色器第一晶体驱动转轴磁流体密封的设计

本文以新型磁流体密封用于转轴系统为研究目的,分析了同步辐射光束线双晶单色器第一晶体转轴系统结构,阐述了磁流体密封的原理、影响因素,确定了磁流体密封形式、结构。使用表明,此设计结构简单、无泄漏、无摩擦,达到使用要求。

弧矢聚焦双晶单色器出射光束位置测试方法研究

简要介绍了弧矢聚焦双晶单色器的作用及基本原理,描述了离线测量弧矢聚焦双晶单色器出射光斑位置的方法。此方法为弧矢聚焦双晶单色器出射光束位置的快速装调提供了有效的措施。

双晶单色器晶体间位置关系及尺寸的确定方法

介绍了双晶单色器出射光与入射光T型固定出口机构的工作原理,分析了双晶之间位置关系及尺寸确定所需遵循的原则,并根据这些原则提出一种基于T型固定出口机构的双晶单色器晶体间位置关系及尺寸的确定方法。该方法不仅能够满足双晶单色器的固定出口的工作要求,而且还优化了双晶的长度尺寸、消除了第二晶体微调的位置误差。最后举例论证了该方法的有效性。

基于EPICS的水冷双晶单色器控制系统

介绍了上海光源高通量光束线中水冷单色器的工作原理,描述了运动控制系统的软硬件结构,阐述了在EPICS环境下如何实现多种设备的应用,实现了单色器单轴运动控制、高度补偿联动控制以及单色器姿态参数保存等功能。测试结果表明,单色器运动控制系统的各项指标达到设计要求。

同步辐射双晶单色器平行度测量方法研究

针对上海光源(SSRF)光束线建设和晶体单色器须进行双晶晶体表面(晶面)平行度离线测量的需求,探讨了利用十字位相板改进后光笔干涉仪法测量双晶晶体表面平行度的可行性,并开展原理性实验。该方法克服了自准直仪法不能测量晶面绝对平行度的缺陷,并实现了同时测量双晶单色器的二维平行度。在本实验装置下,投角和滚角的理论测量精度可达0.89″和1.79″,为调节双晶单色器晶面平行度提供一种新的测量方法。

基于双晶单色器的单能X射线辐射标定装置

基于双晶单色器建立了能量为15~100 keV硬X射线地面标定装置(hard X-ray calibration facility,HXCF)。对单能X射线的单色性进行了定量分析,并评估了HXCF的稳定性。结果表明:双晶单色器具有良好的单色性,对于HXCF产生的能量为20.5~196.5 keV的单能X射线,整体单色性优于3.5%;单色光通量10 h内的稳定性优于0.8%;对单能X射线能谱中的连续部分,采用双晶失谐和无孔光阑方法比偏移探测器法对扣除连续谱更有效,可更好地实现对探测器效率的标定。因此,HXCF可满足分辨率高于3.5%的星载探测器的能量响应和探测效率等地面标定实验。

基于平行度误差补偿的多通道双晶单色器运动控制

针对新型多通道双晶单色器系统易受晶体片平行度误差影响导致性能失效的问题,提出一种迭代学习模型预测控制器(Iterative Learning Model Predictive Control,ILMPC)策略。该策略将主-从轴晶体片平行度误差转换为从轴电机的重复参考运动轨迹,采用ILC迭代消除周期性机械安装误差,再利用MPC对单个转动周期内从轴电机的随机性误差进行抑制。最终在单轴电机运动实验平台上对该策略进行轨迹跟踪验证。实验结果表明,在晶体片有效工作区间内从轴电机的位置跟踪误差达到1.44″,相比于PID控制、MPC、DOB+MPC以及ILC+PID组合控制器策略,分别降低了99.64%,98.52%,98.26%和73.33%。研究结果验证了所提出的ILMPC策略在补偿晶体片平行度误差和提高平行对准精度方面的有效性,该策略对于改善新型多通道双晶单色器性能具有较好的实际应用价值。

柔性铰链在双晶单色器微调机构中的应用

介绍一种使用柔性铰链的双晶单色器的微调机构,分析比较了柔性铰链的理论计算和有限元计算的结果。文中给出了在双晶单色器的工作条件下的柔性铰链的参数选择过程,最后得出了参数的设计结果。

双晶单色器纳弧度级角度微调装置机构设计

阐述了同步辐射光束线装置的核心部件——双晶单色器角度微调装置的工作原理。应用有限元软件Ansys对机构的应力和变形进行分析。结果表明,有限元分析结果与理论计算基本一致。因此,该角度微调装置能满足大范围调整,纳弧度分辨力的要求。