全數(shù)字化束流位置測量系統(tǒng)工程樣機的設計與制作.pdf

1、近年來隨著高速模擬一數(shù)字變換(ADC)的技術進步，以及實時數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，全數(shù)字化束流位置測量系統(tǒng)(DigitalBeamPositionMonitor，DBPM)也成為束流診斷領域中發(fā)展起來的最新技術。全數(shù)字化處理方法中采用了高速數(shù)字化技術和信號處理技術，簡化了系統(tǒng)中模擬電路的比重，從而減小了模擬電路本身的非線性、噪聲及各通道間不一致性帶來的影響。同時，全數(shù)字處理方式，能夠針對不同的系統(tǒng)和目標參數(shù)，靈活地構造其數(shù)字處理算法。<

2、br>　　 本論文介紹了的DBPM系統(tǒng)是針對上海光源位置測量需求設計出的全數(shù)字化束測工程樣機系統(tǒng)。此系統(tǒng)基于全數(shù)字IQ解調(diào)技術，實現(xiàn)了逐圈模式下束流位置的測量1。
　　 本文第一章引言部分首先介紹了同步輻射加速器的產(chǎn)生和發(fā)展，及上海光源的結(jié)構和優(yōu)越性，之后闡述了束流測量的意義及相關目標參數(shù)。
　　 第二章介紹了用于束流位置測量的三種前端探測電極及常見的束流位置信號處理方法。結(jié)合束流測量系統(tǒng)由全模擬向數(shù)字化發(fā)展的趨勢，本

3、章討論了束流位置測量技術發(fā)展的三個階段，并調(diào)研了各階段具有代表性的束流位置測量系統(tǒng)的結(jié)構和技術方法。
　　 第三章主要介紹了此束測系統(tǒng)輸入信號特點和系統(tǒng)實現(xiàn)的硬件構架。從上海光源儲存環(huán)BPM探頭引出的束流感應信號為重復頻率達499.654MHz的窄脈沖序列，且此信號進一步被一低頻信號所調(diào)制，調(diào)制信號周期為693.964kHz，占空比為500:220;在用于機器研究時，信號動態(tài)范圍達幾十dB。DBPM系統(tǒng)由模擬調(diào)理模塊和數(shù)字處理模

4、塊組成。在模擬調(diào)理模塊部分，本章重點介紹了射頻調(diào)理通道、相干和非相干時鐘方案的設計方法；數(shù)字處理模塊部分，則主要介紹了其硬件結(jié)構。
　　 第四章首先介紹此DBPM系統(tǒng)的實時數(shù)字化束流處理算法。RF模擬電路輸出的499.654MHz的信號直接通過高速高精度ADC進行欠采樣，將信號頻率搬移到中頻，相當于實現(xiàn)第一次下變頻。然后通過FPGA中的數(shù)字下變頻(DigitalDownConversion，DDC)技術將其搬移到低頻，并由此實時

5、計算出束流的位置、流強等信息，所有的數(shù)字信號處理算法全部集成在單個FPGA中。通過集成單板機(SingleBoardComputer，SBC)，此系統(tǒng)可以實時地通過百兆以太網(wǎng)口將數(shù)據(jù)送入遠程計算機系統(tǒng)中；同時，還集成了千兆以太網(wǎng)、用于調(diào)試的串口等。此DBPM系統(tǒng)共完成了CO、SADC、STBT、BADC、BTBT、PM、FA、BFA此八種數(shù)據(jù)的處理及數(shù)據(jù)傳輸。
　　 第五章介紹了此DBPM系統(tǒng)工程樣機原型系統(tǒng)的電子學測試及加速器

6、聯(lián)合調(diào)試的結(jié)果，之后系統(tǒng)介紹了4套工程樣機的電子學測試結(jié)果。
　　 第六章介紹了基于波形展寬技術的逐束團位置測量方法研究。通過原理方法探索結(jié)合Matlab仿真，分析了波形展寬中濾波器參數(shù)選擇對于最終測量誤差的影響。
　　 此DBPM系統(tǒng)從原型樣機的設計、測試到與上海光源束流進行聯(lián)合測試，根據(jù)測試中發(fā)現(xiàn)的問題對系統(tǒng)構架和方法進行了改進，期間完成了多個版本的原型系統(tǒng)的設計與測試。在確認系統(tǒng)方案后，完成了4套工程樣機系統(tǒng)的制作