专利名称：一种基于腔式bpm的加速器束团长度测量方法
技术领域：
本发明涉及加速器的束团长度测量。
背景技术：
随着现代加速器技术的发展，对加速器束团长度测量的要求也日益提高，从同步辐射光源的IOps左右的束团长度、ps左右的束团长度测量分辨率，到FEL的ps、甚至sub-ps的束团长度，lOOfs、甚至IOfs左右的束团长度测量分辨率。同时，也要求兼顾测量对束流的干扰及测量速度的考虑，如非阻挡型探头、直线节的束长测量、逐束团实时束长测量等。而目前已发展的束团长度测量技术，很难同时兼顾以上所有技术需求。目前国际上主要的束长测量手段包括条纹相机法、零相位法、迈克尔逊干涉仪法、电光晶体法、光学频域测量方法(CTR、CSR、CDR等)，以及电子学频域测量方法。其中条纹相 机法能测到Ips左右的束长及达到200fs的分辨率,且可以完成bunch-by-bunch的束长测量[1]，但是，条纹相机存在设备昂贵、需要偏转磁铁、复杂光路等问题，而且测量ps以下束长的条纹相机依然是禁运产品。零相位法能测到IOOfs长的束团长度及IOfs的分辨率[2]，但需要偏转磁铁及额外的加速结构。迈克尔逊干涉仪法能测到IOOfs的束团长度，但一般只能测得较长时间内的束团平均长度。电光晶体法可以测量Ps级的束团长度及50fs左右的分辨率，CTR、⑶R、CSR等光学频域测量手段，一般可以测到最短至IOOfs左右束团、分辨率IOfs左右。电光晶体法及光学频域测量方法可以做到非阻测量，但由于都是对光谱强度的测量，其响应时间均不如电子学频域测量，最快可以做到逐束团测量。束团长度电子学频域测量方法最初利用数量位置探测器BPM或Stripline的和信号进行，但由于BPM及Stripline均为宽带阻抗元件，其电子学带宽内的R/Q值很低，故最终系统信噪比较差，只能用于20ps以上的束团长度测量。文献报导了基于波导引出结构的束长测量，得到了 0. 7ps的测量分辨率，但其波导引出的信号直接来自壁电流，其归一化分流阻抗R/Q同样不大，故其工作频率高达26. 5、75GHz，且采用两级混频结构，技术上实现复杂且代价高昂。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服束团长度频域测量方法中由于测量系统信噪比较差对测量分辨率、测量范围的限制，而提供一种高分辨率、大动态范围的束团长度电子学频域测量手段。在提高腔式BPM信噪比的研究中发现，腔式BPM的主要噪音来源于谐振腔的基模TM010模，该干扰信号如不采取特殊抗干扰手段，将大于腔式BPM测量系统其它干扰噪音110d B左右；而束团长度电子学频域测量手段的主要限制即受制于测试系统信噪比。由于基模信号仅包含束团长度及电荷量信息，故利用腔式B P M基模信号进行束团长度的电子学频域测量，将显著提高束团长度测量的分辨率及测量动态范围。本发明的基于腔室BPM的束团电子学频域测量方法，包括以下步骤
I)利用腔式BPM参考腔以及增加的一束长测量腔，通过天线耦合或波导耦合，提取两谐振腔体在一定工作频率下的基模TMoltl信号；2)经信号处理电子学进行下变频，窄带滤波，低通滤波、增益匹配后得到与束团在该工作频率处频域强度相关的窄带电子学信号；3)将获得的窄带电子学信号进行AD转换得到V1和V2 ；4)转换后包含束长信息的数字信号送入基于现场可编程门阵列FPGA或soft IOC的数据处理系统按以下公式计算束长
权利要求
1.一种基于腔室BPM的束团电子学频域测量方法，其特征在于包括以下步骤 1)利用腔式BPM以及增加的一束长测量腔，提取两谐振腔体在一定工作频率下的基模信号; 2)经信号处理电子学进行下变频，窄带滤波，低通滤波增益后得到与束团在该工作频率处频域強度相关的窄带电子学信号； 3)将获得的窄带电子学信号进行AD转换得到V1和V2； 4)利用以下公式计算束长
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于腔式BPM參考腔基模为横磁模TM_模，其エ作频率为3-6GHz。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于束长测量腔的谐振频率为5-18GHZ。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于步骤I)中提取基模信号后采用对称耦合结构、Bessel函数修正消除束团位置信号及高次模的影响。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于步骤I)中提取基模信号后采用标准信号源现 场校准系统消除温度漂移对信号強度的影响。
全文摘要
本发明公开了一种加速器束团长度测量的方法，基本步骤如下在腔式BPM中设计两独立谐振腔，分别提取两谐振腔各自对称耦合结构输出的基模信号，经过后续信号处理电子学／数字化采样，得到加速器内束团长度测量值。与其它束团长度测量方法比较，本发明同时具有测量速度快、测量分辨率高、测量动态范围宽的特点，同时本方法可利用腔式BPM技术，构建成本低廉。
文档编号G01B7/02GK102706268SQ201210195628
公开日2012年10月3日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者俞路阳, 冷用斌, 叶恺容, 周伟民, 袁任贤, 阎映炳, 陈之初, 陈杰 申请人:中国科学院上海应用物理研究所