上海光源储存环工作点测量系统

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1、第22卷第1o期强激光与粒子束Vo1．22，No．102010年1O月HIGHPOWERIASERANDPARTICIEBEAMSOct．，2010文章编号：1001—4322(2010)10—2412-05上海光源储存环工作点测量系统冷用斌，阎映炳，袁任贤，周伟民(中国科学院上海应用物理研究所，上海201800)摘要：报道了工作点测量技术的研究现状，对束流频谱分析用于工作点测量的方法进行了详细说明。介绍了上海光源储存环工作点测量系统的物理需求、方案设计、硬件结构及关键设备选型。采用束流实验的方法对系统配置参数进行

2、优化，对系统测量误差及分辨力进行测试评估，讨论了测量系统不同工作模式的优缺点，并给出加速器不同运行阶段应该采用的运行模式。优化后的上海光源工作点测量系统，其系统测量误差小于0．0001，测量分辨力好于0．00005，测量过程对束流轨道及等效束斑尺寸的扰动控制在m量级，现已在上海光源运行及机器研究中投入实用。关键词：工作点测量；束流诊断；储存环；上海光源中图分类号：TI594文献标志码：Adoi：10．3788／HPIPB20102210．2412工作点是环形加速器最重要的参数之一，其定义为束流在每个回旋周期中横向振

3、荡的次数。最直接的工作点的测量可用于确认加速器运行指标是否与设计指标吻合，也可用于确认当前束流是否运行在稳定区间。除此之外，通过研究工作点与其它机器或束流参数的关系，还可以实现函数、自然色品、校正色品、横向阻抗、非线性场强度、耦合度等多种参数的测量。最为常用的工作点测量方法有扫频法、锁相环法和束流频谱分析(FFT)法。扫频法一般采用商用扫频频谱仪来实现，分辨力由仪器分辨力确定，通常为0．0001，对束流的扰动较大，在第一、二代同步辐射光源及升能型加速器中应用较多；锁相环法采用定制的锁相环电路实现，分辨力由电路频域性

4、能确定，通常为0．0001，对束流的扰动最大，近期仅在重离子型加速器中有应用报导_3]；FFT法中用于束流频谱分析的数据采集设备可以是商业化频谱仪，专用高速模数转换(ADC)板卡，也可以是具有逐圈测量能力的束流位置测量(BPM)处理器，此方法在应用的早期受电子学技术水平的限制，分辨力仅达0．001，但近年来随着数字化BPM信号处理器的高速发展及广泛应用，FFT法逐渐成为主流J，配合适当的激励信号源及信号处理算法，FFT法的工作点测量分辨力可好于0．00005。上海光源是第三代专用同步辐射光源，用户要求储存环能够长期

5、稳定运行，同时要求轨道、束斑等效尺寸的稳定性要在强流(200~300mA)条件下达到m量级。为实现上述运行目标，必须通过工作点的精确测量来对全环束流阻抗、束流耦合度等参数进行研究和优化，运行过程中工作点的流强依赖性、插入件磁极间隙变化对工作点的扰动也需要进行研究和补偿，因此建立一个精确而灵敏的工作点测量系统，并且在测量过程中尽可能地降低对束流的扰动，是上海光源束测系统必需完成的任务。按上海光源初步设计的要求，储存环回旋频率为694kHz，工作点测量系统分辨力需要好于0．0001l7。为了减小对束流的扰动并提高系统的

6、灵活性，上海光源储存环采用束流频谱分析法来完成横向振荡工作点测量。本文介绍了上海光源储存环工作点测量系统的基本结构及束流实验结果。1测量基本原理’根据工作点的定义，其值可由G函数的倒数沿全环积分后对2丌归一化得到，通常可分解为一个大于1的整数与分数之和，即一一瓢，一N+q(1)式中：口(s)为全环横向振荡包络函数；L为全环周长；为全环相移；整数部分N可以通过改变单个校正铁电流所产生的闭轨失真来测量；而分数部分q则需要采用工作点测量系统进行精确测量。*收稿日期：2010—02—05；修订日期：2010—0524基金项

7、目：国家大科学工程项目；中国科学院百人计划资助课题作者简介：冷用斌(1972一)，男，博士，研究员，从事加速器束流测控技术研究；leng@sinap．ac．cn。第10期冷用斌等：上海光源储存环工作点测量系统储存环中束流位置测量装置检测到的束流横向位移可以表示为l8]“(f)一U。rh。+l，b十()+“a()+“。rb。，。(￡)+“lecnoi。(￡)(2)一式中：Uorbit是闭轨畸变，近似为常数；Ui是检测电极标定误差，为常数；“()是横向振荡，为近正弦窄带时变函数；“(f)是能量振荡，为近正弦窄带时变函数

8、；一。(￡)是轨道噪声，由地基振动、支架振动、磁铁电源噪声等因素引入，综合效果为包含若干窄带共振峰的宽带时变函数；一。(￡)是信号处理电子学噪声，由信号处理、数据采集设备引入，通常为宽带时变函数。测量工作点的过程就是从上述信号中分析出U(￡)信号特征频率的过程，而最简单、最直接的方法，就是对原始信号进行频谱分析，确定‰()信号对应的窄带共振峰，由共振峰的频率