点堆传递函数模型问题分析

点堆模型通过线性化处理后,再经过拉普拉斯变换就得到传递函数模型。但分析发现,在稳定时假设反应性为零线性化处理后得到的传递函数模型有自身的问题。将对这类问题做一个概要性分析。分析方法是理论与实验相结合。理论分析借助系统动力学原理,重点在时域与频域结果的比较。实验方面则是基于工程参数借助计算机进行仿真实验,将时域和频域的仿真结果进行比较。通过比较分析,可以明显看到在稳定时假设反应性为零的点堆模型线性化处理存在的问题。针对该问题,指出了模型修改途径。

上海光源数字化束流位置信号处理器测试平台研制

数字化束流位置信号处理器(Digital Beam Position Monitor Processor,DBPM)是上海光源自主研发作为束流位置监测(Beam Position Monitor,BPM)的主要设备。针对DBPM电子学处理器产品化测试需求开发了一套基于MATLAB和程控技术的自动化测试平台,用于处理器批量测试验收和性能评估。平台使用Agilent MXG信号源和一分四功分器模拟4路真实探头信号,经过处理器采集处理后被上位机接收。测试仪器的设置和实验数据的获取,整个系统是基于客户端和服务器架构实现的。采用物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的通道访问Lab CA接口实现数据的实时采集。目前该测试平台已经成功应用于大连自由电子激光装置和上海软X射线自由电子激光装置的DBPM处理器验收测试,处理器幅频响应曲线,不同衰减下模数变换器(Analog to Digital Converter,ADC)噪声水平测试、衰减步长一致性、通道间串扰及信噪比测试结果均达到设计指标。

基于FPGA的储存环束流轨道联锁系统设计

上海光源储存环束流轨道联锁系统是加速器机器联锁保护系统(MPS)的重要组成部分,针对日常供光和机器研究的需求,需要对束流位置测量系统前各Libera电子学输出的联锁信号进行标记,以区分联锁信号的先后顺序和误报的联锁信号,同时触发所有Libera电子学前锁存逐圈(TBT)数据。新的联锁系统将所有联锁信号通过光纤传输汇总至FPGA数据采集板卡进行甄别,并将该系统集成储存环EPICS控制系统中。实验室测试显示该系统能够能够分辨数十ns范围内模拟的联锁信号,同时输出特定的触发信号至对应的Libera电子学,表明该系统达到设计要求。

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。

主成分分析方法在空间干涉仪图像处理中的应用

在干涉仪图像数据处理过程中,目前采用的多行平均图像处理算法会引入较大随机误差,且当CCD相机与狭缝之间存在小转角时,会引入较大系统误差。本文主要探究利用主成分分析(PCA)算法处理空间干涉仪图像的可行性与优势。利用MATLAB模拟空间干涉仪图像,并加入随机噪声和图像旋转,利用PCA方法和多行平均算法处理数据,比较两种算法的得到的结果误差大小。并设计CCD相机小转角实验和干涉图像弱信号实验,评估PCA算法在数据处理过程中纠正CCD相机小转角和重建弱信号图像中的效果。理论和实验均证明,PCA算法较目前多行平均算法,能更有效地降低噪声,分析弱信号图像及纠正CCD相机小转角,消除其带来的系统误差。

基于腔式探头的高分辨率束团电荷量测量方法研究

束团电荷量是粒子束流最基本的特征参数,精确的电荷量测量和控制对于装置的运行以及束损的监测和安全联锁具有非常重要的作用。上海软X射线自由电子激光装置(Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Device,SXFEL)中加入了电荷量反馈环路,以期实现束团电荷量的精确控制并满足单束团实时电荷测量分辨率好于0.5%的要求,为此开展了高分辨率束团电荷量测量研究。由于腔式探头具有灵敏度高、原始信号信噪比高、近轴情况下位置无关等特点,因此被用作本研究中的束团电荷量信息拾取探头。传统的腔式探头通常采用单腔外本振的信号处理方案,要求额外提供特定频率的本振信号。为进一步简化系统,在此基础上提出一种新的双腔混频方案,该方案具有独立于本振频综及同步定时信号工作的特点。为了对比两种方案的性能优劣,对两种方案的实施效果进行了定性和定量分析。基于SXFEL装置的束流实验结果表明:单腔外本振混频方案电荷测量分辨率好于0.07%,双腔混频方案分辨率好于0.2%,前者的分辨率好于后者但二者均满足SXFEL用户装置要求。

上海光源储存环束流轨道联锁系统升级

针对上海光源机器故障分析的需求,对原有储存环束流轨道联锁系统进行升级,实现对储存环束流位置测量系统中140台束流位置监测器(Beam Position Monitor,BPM)电子学输出的联锁信号进行标记,同时锁存丟束过程中所有BPM电子学中的逐圈轨道数据。联锁信号的处理与锁存触发信号的输出在FPGA(Field Programmable Gate Array)内完成。该系统集成至储存环的物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)控制系统之中。束流检测实验表明,该系统能够准确区分不同BPM电子学输出的联锁信号,同时锁存丟束时逐圈轨道数据,并通过该系统观测到了储存环束流丢失过程中的逐圈轨道变化。

同步光空间干涉仪缝距快速扫描系统

同步光空间干涉仪技术被广泛应用于国内外各大同步辐射光源的束流横向截面尺寸测量中。在日常使用中空间干涉仪通常采用固定狭缝间距的双缝,测定单一空间频率下的相干度,这种方法在束斑尺寸变化不大的情况下精度较好,分辨率会随束斑尺寸的变化而变化。随着下一代同步辐射光源的发展,精细的束斑尺寸测量需求也越来越迫切,多频点相干度测量精度较高,但是受限于双缝切换的速度。上海光源围绕如何完成快速多频点相干度的测量进行了相关研究,搭建了一套空间干涉仪狭缝间距快速扫描系统。该系统采用双单缝的方式进行缝距快速扫描,并结合多线程的技术实现了快速数据处理。实验结果表明:一次完整的10点测量时间约在3 s,大大提升了多频点相干度测量方法的速度,并且提升了现有固定狭缝间距干涉仪的测量精度。

上海光源束团纯度测量系统的研制与应用

上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)目前正在进行二期线站工程建设,其中基于时间分辨的泵浦实验是线站工程的重要目标之一。高时间分辨率实验对于束团纯度的要求达到10^(-5)量级以上,纯度测量是关键技术之一。然而传统基于束流位置测量探头的逐束团电荷量测量系统分辨率仅能到10−4量级。基于时间相关单光子计数技术,在原有同步光诊断线上建立了束团纯度在线测量系统。为了验证和提高系统的性能,设计了评估实验,同时对系统进行了优化。测试结果表明:搭建的束团电荷量纯度测量系统,分辨率在分钟量级可达到10^(−7)量级。利用系统的高时间和纯度测量分辨率能力的优势,进行了束团纵向分布测量应用的探索,并对储存环的填充模式对束团纯度的影响进行了研究。