1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学技术大学合肥 230026
3 中国科学院大学北京 100049
4 中国科学院上海高等研究院上海 201204
为了研究高能电子加速器储存环中的注入瞬态过程及束流不稳定性问题，上海光源束测组开发了可实现逐束团三维位置和电荷量的精确测量的宽带示波器信号处理软件包HOTCAP。但该软件包未特别针对数据处理速度进行算法和代码执行效率的优化，完成单次测量数据的处理分析所需时间达到数十分钟量级，不能完全满足实时测量的需要。为解决这一问题，对HOTCAP软件包各功能模块进行了运行效率测试及算法优化，优化后单次测量数据处理时间缩短10倍以上，可满足高能电子储存环状态的实时监控与数据在线发布需求。
逐束团测量 HOTCAP 数据分析 高速示波器 Bunch-by-bunch measurement HOTCAP software package Data analysis High-speed oscilloscope
强激光与粒子束
2021, 33(10): 104001
强激光与粒子束
2020, 32(7): 074002
1 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
对束流信号进行展宽处理是储存环逐束团位置测量RF前端设计的重要工作之一。针对上海光源储存环束流信号的特点, 对束流信号展宽进行分析, 采用低通滤波器和包络检波联合的方法对信号进行展宽。考虑到实现过程需要对信号进行ps量级的延时, 使用微带传输线对该方法进行了具体设计。对微带传输线等效为集**数LC元件进行推导以进行低通滤波器设计, 给出了阻抗匹配方案以实现宽带功率分配器与合成器。仿真和实测结果表明, 所设计的电路能够对束流信号进行有效展宽处理。
逐束团 微带传输线 低通滤波 阻抗匹配 上海光源 bunch-by-bunch microstrip transmission line low-pass filter impedance matching Shanghai Synchrotron Radiation Facility 强激光与粒子束
2016, 28(9): 095103
中国科学院 高能物理研究所,粒子加速物理与技术重点实验室, 北京 100049
基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统.系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分.储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置.系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5 μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量.系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段.
束流位置 逐束团 束流位置探头 信号处理 bunch positon bunch-by-bunch beam position monitor signal process 强激光与粒子束
2015, 27(6): 065102
针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。
逐束团 丢束 束流位置探头 现场可编程门阵列 bunch-by-bunch beam loss beam position monitor field programmable gate array 强激光与粒子束
2014, 26(10): 105101
针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)原束团流强测量系统(BCM)不能稳定运行的问题，对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头(BPM)信号直接采样，在现场可编程门阵列(FPGA)内进行实时数字信号处理，进而得到加速器储存环内的束团流强值。基于反射内存网络，系统可以实现测量结果高速共享、实时显示。升级后系统实现了更高精度的测量，实时显示精度到0.1 mA，最佳测量精度达到10 μA。通过对系统的触发时钟和算法结构调整，系统实现了长时间的稳定工作，正负电子储存环均实现了对束团流强的均匀性控制，提高了加速器的对撞亮度。
束团流强 逐束团 束流位置探头 反射内存 现场可编程门阵列 bunch current bunch-by-bunch beam position monitor reflective memory field programmable gate array 强激光与粒子束
2014, 26(7): 075101
1 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在加速器束流诊断中，为了对获取到的逐束团位置数据降噪处理，以获得测量精度更高的数据用于进一步研究，上海光源束测组在束流注入阶段位置数据分析中引入并扩展了模式独立分析方法。将此方法中的数据处理对象由多个束流位置探头获取到的逐圈位置数据矩阵更改为单探头逐束团多圈位置矩阵，通过对矩阵进行奇异值分解提取其主要运动模式。此方法有效地将随机噪声与具有物理意义的真实信号分离开来，提取出加速器物理学家真正关注的束流运动模式，便于后续的束流不稳定性分析。
模式独立分析方法 逐束团 束流不稳定性 模式提取 束流诊断 model independent analysis method bunch-by-bunch beam instability mode extraction beam diagnostics 强激光与粒子束
2014, 26(3): 035103
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分，各成分在时间轴上的位置与原信号相同，原有的线性关系保持不变，在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化，保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中，小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算，也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率，为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。
小波分析 多分辨力分析 逐束团测量 横向振荡 阻尼率 wavelet analysis multi-resolution analysis bunch-by-bunch measurement betatron oscillation damping rate
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
为了克服横向耦合束团不稳定性对合肥光源的不利影响, 在合肥光源(HLS)研制了一套数字横向逐束团反馈系统。该系统使用直接采样前端, 同时针对合肥光源水平方向工作点和垂直方向工作点太过接近的情况, 修改了数字处理器的FPGA程序, 使得单个处理器能够实现独立的双通道反馈。束流试验验证了反馈系统能有效抑制横向不稳定性, 并可以提高注入流强。
数字横向反馈 束流试验 逐束团反馈系统 耦合束团不稳定性 digital transverse feedback beam test bunch-by-bunch feedback system coupled bunch instability
