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高能同步辐射光源X射线位置探测器前端采集电路的研制

梁重阳 何俊 随艳锋 徐江涛 张鸿 高国栋 许亮 杜垚垚 魏书军 周代全 李宜林 岳军会 曹建社

梁重阳, 何俊, 随艳锋, 等. 高能同步辐射光源X射线位置探测器前端采集电路的研制[J]. 强激光与粒子束, 2025, 37: 086001. doi: 10.11884/HPLPB202537.240430
引用本文: 梁重阳, 何俊, 随艳锋, 等. 高能同步辐射光源X射线位置探测器前端采集电路的研制[J]. 强激光与粒子束, 2025, 37: 086001. doi: 10.11884/HPLPB202537.240430
Liang Chongyang, He Jun, Sui Yanfeng, et al. Research on X-ray beam position monitor front-end acquisition circuit of high energy photo source[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2025, 37: 086001. doi: 10.11884/HPLPB202537.240430
Citation: Liang Chongyang, He Jun, Sui Yanfeng, et al. Research on X-ray beam position monitor front-end acquisition circuit of high energy photo source[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2025, 37: 086001. doi: 10.11884/HPLPB202537.240430

高能同步辐射光源X射线位置探测器前端采集电路的研制

doi: 10.11884/HPLPB202537.240430
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(1247052027)
详细信息
    作者简介:

    梁重阳,liangcy@ihep.ac.cn

    通讯作者:

    何 俊,hejun@ihep.ac.cn

  • 中图分类号: TL506

Research on X-ray beam position monitor front-end acquisition circuit of high energy photo source

  • 摘要: X射线位置探测器(XBPM)可用于光束线同步辐射光位置的测量,其中XBPM前端采集电路主要用于模拟信号采集与处理。为满足高能同步辐射光源(HEPS)光束线前端区对精确测量同步光位置信息的需求,研制了一款XBPM电子学模拟前端板卡(AFE),设计并实现了XBPM信号的电流电压转换、量程切换、增益控制和ADC采样等功能,并搭建实验室测试平台对XBPM-AFE进行了性能测试。测试结果表明,I/V转换模块电流输入范围为10 nA至1 mA,输入电流在三个数量级变化时,各量程段跨阻增益线性误差均保持在较低水准;四个通道之间测量结果的平均相对标准偏差小于0.46%;模数转换模块在慢采集和快采集两种模式下,分别可以准确地反映变化速度在0.1 s和1 ms以上的信号输入情况。
  • 图  1  XBPM系统结构

    Figure  1.  XBPM system structure

    图  2  XBPM电子学系统架构

    Figure  2.  XBPM electronics system architecture

    图  3  XBPM-AFE电路结构图

    Figure  3.  XBPM-AFE circuit structure diagram

    图  4  Spice仿真结果

    Figure  4.  Spice simulation results

    图  5  XBPM-AFE性能测试实验平台示意图

    Figure  5.  XBPM-AFE performance test platform schematic

    图  6  ADC快采集测试(输入信号频率1 kHz)

    Figure  6.  ADC fast acquisition test (input 1 kHz signal)

    图  7  ADC慢采集测试(输入信号频率10 Hz)

    Figure  7.  ADC slow acquisition test (input 10 Hz signal)

    图  8  XBPM电子学测试实物图

    Figure  8.  XBPM electronics test diagram

    图  9  CSS数据采集结果

    Figure  9.  CSS data collection results

    表  1  I/V转换模块测试结果

    Table  1.   I/V converter test results

    gain range input current/μA output voltage/mV
    channel A channel B channel C channel D
    1k 1000 1000 1001 1000 1001
    500 499 500 500 500
    200 200 200 200 201
    100 100 100 100 100
    50 50 50 50 50
    20 20 20 20 21
    10 10 10 10 10
    10k 100 1000 1000 1000 1000
    50 500 500 500 501
    20 200 201 200 200
    10 101 100 100 100
    5 50 50 49 50
    2 20 21 20 20
    1 10 10 10 10
    100k 10 999 1000 1001 1000
    5 500 500 500 501
    2 200 199 200 200
    1 100 100 100 100
    0.5 49 50 50 50
    0.2 20 20 20 20
    0.1 10 10 10 10
    1M 1 1000 1000 1000 1000
    0.5 500 500 500 501
    0.2 200 200 200 200
    0.1 100 101 100 100
    0.05 50 50 49 50
    0.02 19 20 20 20
    0.01 10 10 10 10
    下载: 导出CSV

    表  2  I/V转换模块隔离度测试

    Table  2.   I/V conversion isolation test

    input (channel A)/dBm output/dBm
    channel A channel B channel C channel D
    −10 −19.21 −95.68 −99.33 −100.47
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-19
  • 修回日期:  2025-06-16
  • 录用日期:  2025-06-16
  • 网络出版日期:  2025-07-01
  • 刊出日期:  2025-07-26

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