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300 MeV质子重离子加速器直线注入器定时系统设计与实现

韩小东 刘冬娥 许哲 张瑞锋 李世龙 周睿怀 丛岩

韩小东, 刘冬娥, 许哲, 等. 300 MeV质子重离子加速器直线注入器定时系统设计与实现[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
引用本文: 韩小东, 刘冬娥, 许哲, 等. 300 MeV质子重离子加速器直线注入器定时系统设计与实现[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
Han Xiaodong, Liu Donge, Xu Zhe, et al. Design and implementation of linear injector timing system for 300 MeV proton and heavy ion accelerator[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
Citation: Han Xiaodong, Liu Donge, Xu Zhe, et al. Design and implementation of linear injector timing system for 300 MeV proton and heavy ion accelerator[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202436.240041

300 MeV质子重离子加速器直线注入器定时系统设计与实现

doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
基金项目: 国家自然科学基金项目(11975289)
详细信息
    作者简介:

    韩小东,hanxiaodong102@impcas.ac.cn

    通讯作者:

    丛 岩,congyan@impcas.ac.cn

  • 中图分类号: TL56

Design and implementation of linear injector timing system for 300 MeV proton and heavy ion accelerator

  • 摘要: 针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置(SESRI)-300 MeV质子重离子加速器直线注入器,设计了直线定时系统,为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列(FPGA)设计和开发,实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时,系统采用光信号通信模块方便系统的级联,易于系统扩展,可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统(EPICS)分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置,且长期运行稳定、可靠,无任何故障。
  • 图  1  内触发模式下直线定时系统触发相关设备时序图

    Figure  1.  Timing diagram of linear timing system triggering related devices in internal trigger mode

    图  2  外触发模式下(微脉冲、宏脉冲)工作方式直线定时系统触发相关设备时序图

    Figure  2.  Timing diagram of linear timing system triggering related devices in external trigger mode (micro pulse, macro pulse)

    图  3  直线定时系统硬件总体框图

    Figure  3.  General block diagram of linear timing system and Chopper control system hardware system

    图  4  内触发T0通道(基准)状态机

    Figure  4.  T0 channel (reference) state machine in internal trigger mode

    图  5  内触发/外触发模式下同步触发输出通道状态机

    Figure  5.  Synchronized trigger output channel state machine in internal/external trigger mode

    图  6  外触发模式下光事例输入信号解析流程图

    Figure  6.  Diagram of optical example input signal analysis in external trigger mode

    图  7  基于FPGA的W5300通信电路框图

    Figure  7.  Block diagram of FPGA-based W5300 communication circuit

    图  8  直线定时系统工作流程图

    Figure  8.  Diagram of linear timing system workflow

    图  9  直线定时系统 CSS 上位机界面图

    Figure  9.  Interface diagram of linear timing system CSS

    图  10  内触发模式下同步触发信号测试图

    Figure  10.  Synchronized trigger signal test chart in internal trigger mode

    图  11  外触发模式下同步触发信号测试图

    Figure  11.  Synchronized trigger signal test chart in external trigger mode

    图  12  内触发模式下A-B通道间延时准确度测试图

    Figure  12.  Jitter test chart between channels A-B in internal trigger mode

    表  1  直线定时控制EPICS记录类型及结构体定义

    Table  1.   Definition of linac timing control

    definition of record type for Chopper definition of struct for Chopper
    recordtype(Chopper) {
      include "dbCommon.dbd"
       field(mPulsePeriod,DBF_FLOAT) {
       promptgroup (GUI_INPUTS)
       asl(ASL0)
       pp(TRUE)
    }
      field(modeChoice,DBF_UCHAR) {
       promptgroup(GUI_INPUTS)
       asl(ASL0)
       pp(TRUE)
      }……
    }
    typedef struct ChopperRecord {
       char name[61]; /* Record Name */
       char desc[41]; /* Descriptor */
       char asg[29]; /* Access Security Group */
       epicsEnum16 scan; /* Scan Mechanism */
      ……
      epicsFloat32 mPulsePeriod;
       epicsUInt8 modeChoice;
      ……
      Char ip[16]; /* IP address */
       epicsInt32 port; /* port */
    } ChopperRecord;
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    表  2  内触发模式下A通道输出抖动测试结果

    Table  2.   A-channel output jitter statistics in internal trigger mode

    descriptionбsdmaxminp-ptest numbermaximum of cycle-cycleminimum of cycle-cycle
    TIE1,Ch115.393ps36.178ps−36.155ps72.333ps97556.314ps−62.164ps
    current acquisition15.015ps29.386ps−34.661ps64.047ps6549.640ps−48.016ps
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-30
  • 修回日期:  2024-04-24
  • 录用日期:  2024-04-07
  • 网络出版日期:  2024-05-13

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