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本文研究了应用于上海光源(SSRF)储存环加速器的逐束团位置数据的采集系统,并对所采集的数据进行了分析,获取了表示加速器运行状态的重要参数,为控制加速器及机器分析提供了参考。
本系统硬件部分包括由模拟射频器件组成的RF前端及商用数据采集卡ICS1554。软件部分包括EPICS在线处理程序及FPGA内逻辑设定。
RF前端由高频器件搭建而成,将BPM引出的电子学双极脉冲信号接入后,对信号进行带通滤波、放大、混频、低通滤波等操作使信号转化为以电平方式表示束团位置的模拟信号。该信号经过定制的四路延迟线送入ICS1554数据采集卡进行数字处理,此板卡提供四路ADC用于模数转换,Virtex5 FPGA用于信号的处理,再经两路FIFO将数据送入上位机。
本课题首先采集了注入期间逐束团的位置数据,计算了每个束团的工作点,通过实验分析,表明每个束团因所携带电荷量的不同而导致工作点有差异,且两个方向工作点分布接近正态分布。为得到较精确的工作点,对频域内的尖峰做了拟合,并得到真空阻抗壁的等效Q值,从而反映了流强越大,束团的运动越不稳定。
在利用横向反馈抑制某方向束团不稳定性过程中,实时监测逐束团工作点可反映横向反馈系统的工作效果。为此,利用EPICS软件实现了单个束团工作点的在线计算,该软件包可同时计算各束团的横向两个方向的工作点。实验室和现场实验表明该软件包可正常运行。
本系统所采集的位置数据是由BPM相对两个电极测得,同时包含了水平和垂直两个方向的位置信息,为得到表示其中一个方向位置的信息,在数据采集板的FPGA中实现了FIR滤波器,该FIR可滤除其中一个方向的信息,配合EPICS程序可实现对另一个方向位置的实时监测。这样就做到了在频域上对两个方向位置信息的分离。
对逐束团数据频谱进行了分析,取出各模式的幅度进行监测,用于研究不稳定模式的分布状态并进而探讨导致不稳定的因素。通过离线分析由ADC采下的逐束团数据,可得到横向反馈开启和关闭时的单束团及各模式的上升及下降率,反映了横向反馈系统的工作效率。
论文最后对整个软硬件系统进行了总结,分析了存在的问题,并提出可以改进和优化的方向。