psd位置测量系统在波荡器磁场测量中的应用

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1、密级:硕士学位论文PSD位置测量系统在波荡器磁场测量中的应用作者姓名：王晓勋指导教师:周巧根研究员中国科学院上海应用物理研究所学位类别:工程硕士学科专业:电子与通信工程研究所:中国科学院上海应用物理研究所2016年4月TheapplicationofPSDpositionmeasuringsysteminundulatormagneticfieldmeasurementByWangXiaoxunADissertation/ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentofthe

2、requirementForthedegreeofMasterofEngineeringShanghaiInstituteofAppliedPhysics,ChineseAcademyofSciencesApril,2016摘要摘要本课题的研究意义就是基于在狭小或封闭空间内实现对波荡器（尤其是真空内波荡器）磁场进行高精度的测量。PSD(PositionSensitiveDetector)是一种基于横向光电效应(x和y方向)的光电位置敏感器件，可直接探测到入射光斑的能量中心位置，在波荡器磁测中可用于获得霍尔探头的横向位置坐标。我们先对国内外将PSD应用于波荡器磁测的现状作了介绍，其中

3、包括日本SPring-8、欧洲ESRF、台湾光源等。其次对二维PSD工作原理进行理论分析，得到电压信号转换为坐标的运算公式，确定PSD位置敏感探测器在光敏面上的光斑位移和电压信号变化是线性相关的。接着对PSD位置测量系统的测量原理、机械设计和安装调试过程进行详细描述。我们用SolidEdge设计直线导轨两端的步进电机支架，光阑支架，PSD和霍尔探头的底座。用NIMAX中的NIMotionDevicesPCI-7340数据采集卡驱动步进电机，四台Keithley2701数字电压表沿纵向z实现0.5mm等距触发同步采样，用LabVIEW中的DAQ模块编写数据采集程序采集电压信号并输出到

4、表格中。最后对采集到的数据经过计算和整理后导入到MATLAB中，通过编程对采样点进行曲线拟合，由拟合结果可以看到PSD位置测量系统能准确反映导轨的横向位置变化。本实验成功搭建了国内首套应用于波荡器磁测的PSD位置测量实验系统。该系统实现了On-flying测量，通过对导轨直线度(x和y方向)进行测量，可以快速准确的测量霍尔探头横向位置坐标。多次测量的实验结果表明，该系统的定位精度在5μm左右，可以满足霍尔探头在波荡器磁测过程中的位置精度要求。关键词：PSD位置敏感探测器；光阑；真空内波荡器；磁场测量；数据采集ⅠAbstractAbstractThesignificanceofthi

5、ssubjectisthatwecancarryonresearchinhighprecisionmagneticfieldmeasurementinenclosedspacesoftheundulator,especiallyin-vacuumundulator.PSD(PositionSensitiveDetector)basesonthelateral(xandydirection)photoelectriceffect.Itcandirectlydetectthepositionofspotenergycenter,whichcanbeusedtoobtainthelate

6、ralcoordinatesofHallprobe.Firstly,weintroducethecurrentsituationofPSDapplicationstoundulatormagneticfieldmeasurementathomeandabroad,includingSpring-8inJapan,ESRFinEurope,NSRRCinTaiwan.Secondly,wecarryontheoreticalanalysisonoperatingprincipleoftwo-dimensionalPSD.Workoutanoperationalformulathatc

7、onvertsthevoltagesignalintocoordinate.Wegettheconclusionthatthedisplacementofopticalspotexhibitslinearrelationshipwithvoltagesignalonphotosensitivesurface.Thirdly,wedescribehowPSDpositionmeasuringsystemworks,mechanicaldesignanddebugging