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单次通过型束流位置探测器的束流位置测量方法

刘佳阳 麻惠洲 杜垚垚 叶强 刘智 曹建社 岳军会 高国栋 唐旭辉 随艳峰 魏书军

刘佳阳, 麻惠洲, 杜垚垚, 等. 单次通过型束流位置探测器的束流位置测量方法[J]. 强激光与粒子束, 2023, 35: 124008. doi: 10.11884/HPLPB202335.230264
引用本文: 刘佳阳, 麻惠洲, 杜垚垚, 等. 单次通过型束流位置探测器的束流位置测量方法[J]. 强激光与粒子束, 2023, 35: 124008. doi: 10.11884/HPLPB202335.230264
Liu Jiayang, Ma Huizhou, Du Yaoyao, et al. Measurement method for beam position of single pass beam position monitor[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2023, 35: 124008. doi: 10.11884/HPLPB202335.230264
Citation: Liu Jiayang, Ma Huizhou, Du Yaoyao, et al. Measurement method for beam position of single pass beam position monitor[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2023, 35: 124008. doi: 10.11884/HPLPB202335.230264

单次通过型束流位置探测器的束流位置测量方法

doi: 10.11884/HPLPB202335.230264
详细信息
    作者简介:

    刘佳阳,liujiayang@ihep.ac.cn

    通讯作者:

    随艳峰,syf@ihep.ac.cn

    魏书军,weisj@ihep.ac.cn

  • 中图分类号: TL506

Measurement method for beam position of single pass beam position monitor

  • 摘要: 针对当前单次通过型数字束流位置探测器(BPM)有效采样点数少、数据信噪比低、测量分辨率差的问题,提出了一种基于“束流单次通过”的数字BPM测量改进算法。该算法通过模拟信号的功分-延迟-合成,增加了有效采样数据,并通过采样数据的截取与数据拼接、数字滤波等数据处理方式,提高了采样数据的信噪比,并最终实现了BPM测量分辨率的提高。实验结果表明,该算法在不改变模数转换器(ADC)采样率的情况下,将单次通过型BPM的测量分辨率提高了约2倍。该测量方法为提高单次通过型BPM的测量分辨率提供了一种新的解决方案,已成功应用于北京正负电子对撞机(BEPCII)和高能同步辐射光源(HEPS)直线加速器项目中。
  • 图  1  数字束流位置测量系统结构

    Figure  1.  Structure of digital beam position monitor system

    图  2  单次通过数字BPM功能框图

    Figure  2.  Single pass digital BPM system function block

    图  3  单次通过型BPM信号处理流程

    Figure  3.  Single pass BPM signal processing process

    图  4  模拟信号的功分/延迟/合成

    Figure  4.  Power division/delay/synthesis of analog signals

    图  5  ADC采样数据的复制与拼接

    Figure  5.  Copy and splice of ADC sampling data

    图  6  带通滤波器设计

    Figure  6.  Band pass filter design

    图  7  一路幅度的求取示意

    Figure  7.  Schematic diagram for calculating the amplitude of a certain path

    图  8  重心法束流位置计算

    Figure  8.  Calculation of beam position using the center of gravity method

    图  9  BPM模拟信号及ADC数据产生过程示意图

    Figure  9.  Schematic diagram of BPM analog signal and ADC data generation process

    图  10  X/Y方向位置分辨及其标准值

    Figure  10.  X/Y-direction position resolution and its standard value

    图  11  X/Y方向位置分辨及其STD值

    Figure  11.  X/Y-direction position resolution and its STD value

    图  12  实际束流“纯时域求绝对值积分法”测试结果

    Figure  12.  Test results of the “pure time domain absolute value integration method” for actual beam flow

    图  13  本文所设计方法测试结果

    Figure  13.  Test results of the method in this article

  • [1] 高国栋, 唐旭辉, 曹建社, 等. 数字束流位置探测器系统的信噪比需求分析[J]. 强激光与粒子束, 2022, 34:064001 doi: 10.11884/HPLPB202234.210522

    Gao Guodong, Tang Xuhui, Cao Jianshe, et al. Signal-to-noise ratio requirement analysis for digital beam position monitor system[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2022, 34: 064001 doi: 10.11884/HPLPB202234.210522
    [2] 马宇飞, 周嘉申, 曹建社, 等. 基于BEPCⅡ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现[J]. 原子能科学技术, 2018, 52(10):1874-1878

    Ma Yufei, Zhou Jiashen, Cao Jianshe, et al. Implementation of digital beam position monitor signal processing algorithm in FPGA based on BEPC II[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2018, 52(10): 1874-1878
    [3] 何俊, 赵晓岩, 汪林, 等. BEPCⅡ束损系统研究[J]. 核技术, 2015, 38(10):15-21

    He Jun, Zhao Xiaoyan, Wang Lin, et al. Study on beam loss system of BEPCⅡ[J]. Nuclear Techniques, 2015, 38(10): 15-21
    [4] 曹建社, 马力, 麻惠州, 等. Libera BPM在BEPCⅡ调束中的应用[J]. 中国物理C, 2008, 32(S1):102-104

    Cao Jianshe, Ma Li, Ma Huizhou, et al. Application of Libera BPM at BEPCII for the early commissioning[J]. Chinese Physics C, 2008, 32(S1): 102-104
    [5] Wu Jiangfeng. System and method for spread spectrum ADC noise reduction: 9455733B1[P]. 2016-09-27.
    [6] Valković V. Low energy particle accelerator-based technologies and their applications[M]. Boca Raton: CRC Press, 2022.
    [7] 赖龙伟, 冷用斌, 易星, 等. 数字束流位置信号处理算法优化[J]. 强激光与粒子束, 2013, 25(1):109-113 doi: 10.3788/HPLPB20132501.0109

    Lai Longwei, Leng Yongbin, Yi Xing, et al. Optimization of signal processing algorithm for digital beam position monitor[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2013, 25(1): 109-113 doi: 10.3788/HPLPB20132501.0109
    [8] 魏晓娟. 重离子同步加速器BPM数字信号处理算法的研究[D]. 兰州: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021

    Wei Xiaojuan. Research on BPM digital signal processing algorithm for heavy-ion synchrotron[D]. Lanzhou: Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, 2021
    [9] 叶强, 张醒儿, 随艳峰, 等. 数字BPM数字采样电子学研制[J]. 核电子学与探测技术, 2020, 40(6):855-860

    Ye Qiang, Zhang Xinger, Sui Yanfeng, et al. The development of digital BPM digital acquisition electronics[J]. Nuclear Electronics & Detection Technology, 2020, 40(6): 855-860
    [10] 随艳峰, 杜垚垚, 叶强, 等. 基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现[J]. 原子能科学技术, 2020, 54(1):172-178

    Sui Yanfeng, Du Yaoyao, Ye Qiang, et al. Development of digital beam position monitor electronics system based on BEPCⅡ[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2020, 54(1): 172-178
    [11] 魏书军, 徐韬光, 叶强, 等. 数字BPM电子学在束流位置测量中流强依赖性研究[J]. 原子能科学技术, 2022, 56(9):1966-1974

    Wei Shujun, Xu Taoguang, Ye Qiang, et al. Study of beam current dependence of digital BPM's electronics[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2022, 56(9): 1966-1974
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-12
  • 修回日期:  2023-10-19
  • 录用日期:  2023-09-29
  • 网络出版日期:  2023-11-18
  • 刊出日期:  2023-12-15

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