用于自由电子激光装置的丝扫描束流横向截面测量系统原型机

基于丝扫描系统的束流横向截面测量为半阻拦式的测量方法,相比于截面靶测量对束流影响较小。上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置(SHINE)束团截面在线测量系统计划采用丝扫描技术实现,为此设计研制了由丝靶探头、机械运动机构、束损探测器、电子学系统构成的丝扫描束流横向截面测量系统原型机。本文介绍了该原型机的工作原理、具体设计及在丝扫描探头上游安装腔式束流位置测量(CBPM)系统进行束流中心位置和束团电荷量精确补偿的优化方案。为精确评估该样机系统性能,在上海软X射线自由电子激光(SXFEL)中相邻位置布局了丝扫描探头和YAG靶截面探头,通过同时测量并对比同样束流截面的方法,对丝扫描系统原型机性能进行了束流实验评估。束流实验结果表明,在束团电荷量500 pC、电子能量0.84 GeV的条件下,丝扫描技术可用于电子束团的在线半阻拦式截面测量,测量不确定度好于30μm,测量结果与SXFEL装置标配的YAG靶截面靶测量系统结果一致。

丝扫描探测器测量同步辐射X光的位置和尺寸

丝扫描探测器可用于同步辐射光束线站光束位置和光斑大小的测量,论文简述了该探测器的结构和设计中的注意事项,同时给出了不同的数据处理方法对探测器测量结果的影响效果;可指导设计不同要求的丝扫描探测器,其测量精度最高能达到10μm。论文还介绍了丝扫描探测器的拓展应用,以及此类探测器在上海光源光束线上的使用情况,所设计的丝扫描探测器全部满足了各条光束线站的测量要求;并进一步提出了开展此类探测器研究的内容及其作用。

光信号自动拾取丝扫描测量系统设计

为了提高同步辐射丝扫描探测器的测量分辨率与缩短数据处理时间,设计了光信号自动拾取丝扫描测量系统.该系统采用多进程优先级机制管理采样过程,对信号进行降噪处理后使用Allen函数对信号幅度变化特征进行放大,长短时平均法与赤池准则结合拾取光信号,自动确定拟合区间,同时采用能量变化法对高斯拟合参数初值进行估测.经实验验证,该测量系统拾取光信号位置准确,可有效提高丝扫描探测器的测量分辨率,缩短数据处理用时.

同步辐射丝扫描连续采样测量系统设计

为提高同步辐射丝扫描探测器的测量分辨率,设计了连续采样测量系统。该系统采用了扫描丝匀速运动、电子学连续采样的新工作方式,可获得更好的分辨率,提高采样率与降低扫描速度可提高光束中心位置的测量分辨率,降低扫描速度可提高光斑大小的测量分辨率,并可根据实验结果方便地确定特定分辨率要求下的采样率和扫描速度等参数的取值,对丝扫描的设计和使用提供了极大的便利。

丝扫描快速信号处理测量系统设计

为了提高同步辐射丝扫描探测器的测量分辨率与缩短数据处理时间,设计了丝扫描快速信号处理测量系统。该系统采用了电子学高速连续采样与平均降采样相结合的方法,自动确定拟合区间,调整关键点拟合权重,可有效提高信噪比,滤除光斑边缘毛刺噪声,降低拟合误差,提高测量分辨率与缩短测量用时;其光束位置测量分辨率可达48.3μm,光斑大小测量分辨率可达38.5μm,数据处理时间约150 ms。

SHINE丝扫描截面测量系统样机数据采集系统研制

上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置(Shanghai HIgh repetition rate XFEL aNd Extreme light facility,SHINE)使用低温超导高频腔加速电子,电子能量可以到达8 GeV。对于SHINE的电子束团横向截面测量将使用丝扫描这种半拦截式的截面测量方法,产生的次级粒子数量较拦截式测量方法(如截面靶小)可以减小超导腔失超的风险,但需要实现束损探测器的信号与电机位置同步采集。本文基于Zynq-UltraScale+型片上系统设计与实现了丝扫描系统数据采集系统,首先对该数据采集系统的实现方式作了详细描述,然后利用实验平台检验了电机位置测量的正确性,并验证了同步采集探测器信号和扫描丝位置的功能。实验结果表明:该数据采集系统可以满足SHINE丝扫描截面测量系统的运行要求。

2060铝锂合金扫描填丝焊接工艺

针对铝锂合金焊后易产生气孔、抗拉强度低的缺点,提出"∞"形激光扫描填丝焊接工艺方法,以2 mm厚2060铝锂合金为研究对象开展对接焊接试验研究,探究激光扫描填丝焊接方法对铝锂合金焊接缺陷抑制作用.借助高速相机摄像系统,探究了激光扫描填丝焊接工艺下熔池的动态演变过程,同时探究了扫描参数对焊缝气孔的影响规律及扫描填丝工艺对气孔的抑制机理.采用曲面响应统计方法探究工艺参数对抗拉强度的影响,并给出工艺参数组合与抗拉强度的定量关系及最优参数组合,焊接接头最大抗拉强度可达382 MPa,为母材的76.4%.结果表明,"∞"形激光扫描填丝焊接工艺下熔池流动平稳,小孔喷发强度较弱且呈现出周期性;"∞"形激光扫描填丝焊接工艺可以有效抑制焊缝气孔,提高铝锂合金焊接质量.

130 mm铝合金扫描激光填丝焊接头微区组织和性能

针对船用130 mm 5A06铝合金厚壁结构件的扫描激光填丝焊接头,对其焊缝(weld metal, WM)、热影响区(heat affected zone, HAZ)及母材(base metal, BM)的显微组织进行研究,并通过维氏硬度和微型剪切试验研究了接头各区力学性能差异.结果表明,5A06铝合金单激光焊缝以等轴晶为主,填丝焊焊缝以柱状晶为主,HAZ和BM晶粒比WM粗,母材及热影响区为轧制的纤维状组织;由于焊接热循环作用,接头热影响区硬度略高于母材,抗剪强度二者差别不大,单激光焊缝硬度和抗剪强度略高于填丝层.总体而言,焊缝区强度低塑性好,母材及热影响区强度高塑性低.

用于FEL-THz电子束测量的LW系统

基于汤姆逊背散射的激光丝扫描(LW)方法作为无阻拦电子横向尺寸测量手段,近年来广泛应用于高能对撞机和能量回收环直线加速器。为在连续模式下测量高平均功率相干强太赫兹源的直流光阴极电子枪(DC-gun)电子束横向束斑,本文提出了一种基于驱动激光器分束的高重复频率,较低脉冲功率的新型LW系统。通过理论及模拟分析,证明该系统相对于常规LW系统具有成本低、精度高、探测时间短、对电子束影响小的优势,并给出了用于自由电子激光太赫兹(FEL-THz)装置DC-gun出口电子束LW系统的实验设计。