X射线光源技术的发展已经经历了了四代,安装大量插入件的同步辐射加速器和高增益的自由电子激光装置是现今主流的X光源方案。本文以上海同步辐射光源和在建的上海软X射线自由电子激光装置为应用背景,开展了双频法束长测量的关键技术研究。论文通过对国内外现有的各类束长测量方法展开调研,分析各种方法的测量能力、优缺点,结合实际应用装置的情况,选取双频法束长测量作为研究对象。完成双频法束长测量系统设计,实现储存环上逐束团的长度测量,且测量误差相对较小。高斯型束团推导出的双频法束长计算原理、逐束团测量需求分析,构成了系统设计的理论基础。结合纽扣电极输出信号的频谱分布和测试的经验,我们选取500MHz和3GHz作为双频法的工作频率。加上对实际信号的大小和射频电路设计主要参数的综合考虑,完成了双频法束长测量系统的设计。束团长度与电荷量的关系的实验,我们采用条纹相机来进行。同时利用条纹相机的测量值与双频法系统作对比,完成对单束团和多束团两种情况下束长计算公式的验证以及系统参数K的标定。束长同步振荡过程的数学仿真,详细地阐释了注入事件发生前后束长变化的规律和时频域的特征。单束团和多束团的注入过程束流实验的结果与仿真工作相符合,两种情况下都成功地记录了束长的同步振荡过程。利用Hybrid器件对500MHz和3GHz信号在中频进行求差得到的差信号,更加明显地看到束长的同步振荡过程。双频法束长测量系统单束团下的随机测量误差小于0.2ps,逐束团的随机测量误差小于0.5ps,系统的动态范围满足5nC电荷量以下的测量要求。选择高输入功率限制的模拟器件,可以增大系统的动态范围,使系统能够应用于质子以及其他重离子的加速器。腔式探头共模信号TM010具有很高的信号精度,设计两个不同工作频率的腔式探头,可以用于FEL装置进行超短束长的测量,且能满足装置设计的测量要求。由于工程进度的问题,双频双腔法的研究我们只完成了系统设计和模拟前端电路的设计。整体线性度的实验室测试以及各器件的测试,保证了前端电路的可用性。