束流轨道与相关环境参数的同步诊断技术研究

束流轨道的精确测量是先进加速器束流诊断的核心问题之一。对现有的束流轨道测量设备而言，单个探头的测量参考点为探头的机械中心，而加速器整体轨道的参考点为机械准直网的基准点。要实现束流轨道的精确测量，测量设备必须有足够高的分辨率，同时要求其机械中心保持稳定，或漂移可测。.随着电子学技术的发展，分辨率已不再是精确测量的制约因素。但受地基振动、环境温度、热效应等因素的影响，探头机械中心的漂移较大，轨道的绝对测量精度很难提高。实时监测机械中心的位置变化，对轨道数据进行补偿，则是一种较有效的办法。.设计专用的探头，使用BPM处理器，或专用处理设备，对束流轨道和BPM探头机械中心的位置变化进行同步采样。采样数据中完整保留了信号的幅度、相位信息，通过处理就可以对轨道进行补偿，得到绝对测量结果。将这种方法扩展，可以实现束流轨道与其它相关环境参数的同步诊断。在不升级加速器主要元件的基础上，提升束流轨道的稳定性。

束流轨道的精确测量和控制是先进加速器整体性能提高的核心问题之一。对现有的束流轨道测量设备而言，单个探头的测量参考点为探头的机械中心，而加速器整体轨道的参考点为机械准直网的基准点。要实现束流轨道的精确测量，测量设备必须有足够高的分辨率，同时要求其机械中心保持稳定，或它的漂移实时可测。随着电子学技术的高速发展，测量的分辨率可达到数十纳米量级，不再是束流轨道精确测量的制约因素。但是，地基振动会使加速器上的元件发生机械振动，环境温度变化和束流流强不同引起的真空盒热负载变化，也会导致元件机械尺寸的改变，进而出现机械中心漂移，致使束流轨道的绝对测量精度很难提高，已投入运行的各大加速器发布的该项指标大多为百微米量级，这日益成为加速器调试和整体性能提升的瓶颈之一。除了稳定探头的机械中心，如果能够实现束流轨道与探头振动的同步测量，将为解决上述问题提供一种新的思路。.本项目研究了基于射频调制的振动测量方法，将被测物体的位移转换为电容量的变化，在射频频段进行检测和处理。通过理论分析确定了极板面积、起始间距、以及线性范围等相关参数，进行了探头机械结构、材料选型、公差控制等研究，完成了探头的机械加工；搭建了实验室测试平台，进行了精度、线性度、频率响应等参数的测试，探头输出信号幅度与极板移动间距之间具有很好的线性度，探头能够检测2um的相对位移，频率响应可以达到300Hz；据上海光源储存环的现场情况，为振动测量探头设计并加工了机械支架，将一个振动探头固定在束流位置测量探头（BPM）真空组件上，另一端通过支架固定在机械准直网的参考点上，通过射频前端和数据采集设备，对束流位置数据和振动测量数据进行同步采样，进行频谱分析；进行专用处理器的设计与调试，积累了相关经验。振动探头可检测的带宽很宽，包含信息很多。相对于磁铁电源，机械振动对束流的贡献比预想的要大。研究结果表明，基于射频调制的振动测量测量方法可用于束流轨道与探头振动的同步诊断，这为日后加速器相关的机器研究的一种新的手段。