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第1章 绪论 1

1.1 高能加速器和同步辐射装置简明发展史 1

1.2 HLS储存环测量系统与束流位置测量 6

参考文献 8

第2章 束流动力学理论简介 10

2.1 坐标系 10

2.2 横向运动方程及其解 12

2.3 横向振荡 14

2.4 纵向振荡 17

参考文献 18

第3章 束流信号与频谱理论 19

3.1 同步束团信号 19

3.1.1 单束团 19

3.1.2 多束团 20

3.2 横向β振荡幅度调制信号 20

3.2.1 单束团 20

3.2.2 多束团 22

3.3 纵向振荡相位调制信号 23

3.3.1 单束团 23

3.3.2 多束团 24

3.4 同时存在横向幅度调制和纵向相位调制 26

3.4.1 单束团 26

3.4.2 多束团 27

参考文献 28

第4章 束流不稳定性 29

4.1 尾场和尾场函数 29

4.1.1 自由空间中以光速运动的束流 31

4.1.2 理想导电管道中以光速运动的束流 32

4.1.3 电阻壁和腔体结构中的尾场函数 32

4.2 耦合阻抗 35

4.2.1 耦合阻抗定义 35

4.2.2 耦合阻抗某些重要性质 36

4.2.3 几种典型的耦合阻抗和相应的尾场函数 37

4.3 不稳定性理论 39

4.3.1 横向不稳定性 41

4.3.2 阻抗壁效应引起的不稳定性 42

4.3.3 头尾不稳定性 43

4.3.4 纵向不稳定性——Robinson不稳定性 46

4.3.5 束腔不稳定性——高频腔高次模不稳定性 49

4.3.6 多束团不稳定性 49

4.3.7 束团伸长效应 50

4.3.8 离子不稳定性 55

4.3.9 快离子不稳定性 59

4.4 不稳定振荡模式概论 62

4.4.1 纵向振荡模式 63

4.4.2 横向振荡模式 69

4.5 电子储存环几种典型阻尼机制和克服不稳定性所采取的措施 72

4.5.1 辐射阻尼 72

4.5.2 朗道阻尼 77

4.5.3 常用的克服不稳定性措施 83

参考文献 84

第5章 束流位置测量与相关理论基础 86

5.1 信号探测基本原理 86

5.1.1 感应场 86

5.1.2 信号接收 87

5.2 束流位置探测原理 88

5.2.1 钮扣电极BPM 88

5.2.2 条带电极 93

5.2.3 条带电极作为pickup 99

5.2.4 条带电极作为kicker 105

5.2.5 HLS所使用的kicker的覆盖因子计算 112

5.2.6 HLS所使用的条带的耦合阻抗计算 113

5.2.7 两种BPM特性的比较 114

5.3 束流位置测量信号与处理 114

5.3.1 束流位置信号的要求 114

5.3.2 束流位置信号处理的要求 114

5.3.3 束流位置信号的处理方法 115

5.4 束流位置探测器在HLS的应用 119

参考文献 121

第6章 HLS钮扣型束流位置探测器 123

6.1 钮扣型探测电极的定标 124

6.1.1 定标装置 124

6.1.2 定标中的数据处理 126

6.1.3 最小二乘法逼近 127

6.2 以边界元素法验证模拟定标 129

6.2.1 边界元素法理论简介 129

6.2.2 灵敏度的计算 131

参考文献 133

第7章 闭轨测量系统的研制与应用 135

7.1 HLS闭轨测量系统研制的进展 135

7.2 升级的闭轨测量系统结构与信号处理 136

7.2.1 COD测量系统硬件和软件结构 136

7.2.2 BPM Module 137

7.3 数据获取系统和数据的分析 138

7.3.1 数据获取系统 138

7.3.2 升级后的BPM系统测量精度和分辨率 138

7.4 BPM系统的应用 141

7.4.1 色散函数的测量 141

7.4.2 BBA方法测量四极磁铁磁中心的位置 142

7.4.3 全环闭轨校正 143

参考文献 145

第8章 数据处理方法 146

8.1 离散时间信号的处理 147

8.1.1 采样信号的频谱 147

8.1.2 采样定理 148

8.1.3 数字信号处理中截断的影响——泄漏 149

8.2 信号加窗 150

8.2.1 信号加窗意义 150

8.2.2 窗函数特性 151

8.2.3 几个应用中的窗函数 154

8.3 Tune测量 156

8.3.1 工作点测量意义 156

8.3.2 工作点估算方法的探讨 157

8.4 其他数据处理方法 174

8.4.1 基于数字锁相检测阻尼时间 174

8.4.2 小波方法在束测信号处理中的应用 177

参考文献 188

第9章 HLS逐圈测量系统的研制与应用 191

9.1 TBT测量系统的研制 191

9.1.1 TBT测量系统参数选定 191

9.1.2 电子学线路及各部分的功能 192

9.2 逐圈测量系统定标 197

9.2.1 系统定标计算 197

9.2.2 探测电极灵敏度 198

9.2.3 BPM电子学增益定标 198

9.2.4 系统的在线定标 199

9.3 逐圈测量系统应用 200

9.3.1 逐圈位置测量 200

9.3.2 二期工程总调新注入系统的检测 201

9.3.3 低频窄带反馈系统的初步尝试 203

9.3.4 HLS若干物理参数的测量和不稳定性分析研究 211

参考文献 226

第10章 逐束团测量系统研制与应用 227

10.1 逐束团测量系统研制的必要性和意义 227

10.1.1 研制的必要性 227

10.1.2 BxB测量的意义 229

10.2 国内外发展状况 230

10.3 HLS逐束团测量系统的研制 231

10.3.1 系统带宽的确定 231

10.3.2 测量系统的组成 232

10.3.3 关键器件性能的介绍 241

10.4 相关物理量测量与分析 246

10.4.1 HLS储存环Twiss函数 247

10.4.2 激励束流设备和线路 247

10.4.3 激励门电路的研制 248

10.4.4 逐束团测量系统的应用 251

10.5 逐束团流强测量系统 268

10.5.1 新的检波方案的应用 269

10.5.2 测量系统准确性验证 270

10.5.3 在线定标结果 271

10.5.4 逐束团纵向振荡测量系统 273

10.5.5 纵向振荡对横向测量影响分析 276

参考文献 277

第11章 横向模拟反馈系统研制与应用 280

11.1 反馈原理 281

11.1.1 反馈系统理论 281

11.1.2 反馈系统工作原理 284

11.1.3 反馈系统类型和要求 284

11.2 HLS横向宽带反馈系统设计思想 285

11.2.1 系统的主要参数 285

11.2.2 pickup选择 288

11.3 模拟横向反馈系统样机的研制 288

11.3.1 总体设计框图 289

11.3.2 各组成部分 290

11.4 逐束团测量和横向反馈系统的调试 302

11.4.1 测量系统的调试 302

11.4.2 模拟反馈样机的调试 305

11.5 希尔伯特变换相空间重建方法 308

11.5.1 希尔伯特变换相空间重建理论 308

11.5.2 希尔伯特变换在相空间重建中的应用原理 312

11.5.3 希尔伯特变换数据处理方法在HLS上的应用 314

11.6 横向反馈系统的改进 317

11.6.1 线路改进 318

11.6.2 基于EPICS的系统控制软件 319

11.6.3 系统调试与数据分析 321

参考文献 323

第12章 数字横向反馈系统研制与应用 325

12.1 数字反馈基本原理 325

12.2 数字反馈技术的核心元素及其发展过程 326

12.2.1 DSP阵列作为处理单元的数字反馈系统 326

12.2.2 FPGA芯片作为处理单元的数字反馈系统 327

12.3 数字信号处理理论 330

12.3.1 离散时间线性非时变系统 330

12.3.2 单位取样响应和卷积 331

12.3.3 离散时间信号和系统频域分析 331

12.3.4 离散傅里叶变换 332

12.4 数字滤波器设计 335

12.4.1 IIR滤波器 337

12.4.2 FIR滤波器 339

12.4.3 数字滤波器的系数量化误差 340

12.5 数字反馈的FIR滤波器算法实现 341

12.5.1 频域法设计滤波器 341

12.5.2 时域最小二乘法设计滤波器 342

12.5.3 选择FIR滤波器设计 343

12.5.4 数字横向逐束团反馈方法与实现 344

12.6 HLS数字横向逐束团反馈系统 345

12.6.1 HLS数字横向反馈系统的构成 345

12.6.2 数字反馈处理器的FPGA程序修改 352

12.6.3 滤波器设计与优化 354

12.6.4 增益放大器 358

12.6.5 时钟系统 361

12.6.6 数字反馈系统集成与控制 361

12.7 反馈系统的调试与分析 361

12.7.1 频率响应的测试 362

12.7.2 单束团时序试验 362

12.7.3 200MeV反馈系统相位调试 363

12.7.4 800MeV反馈系统相位调试 364

12.8 800MeV运行状态下的反馈效果检测 365

12.8.1 抑制800MeV运行时的横向不稳定性边带 365

12.8.2 降低六极磁铁电流试验 366

12.8.3 阻尼时间测量 369

12.9 横向振荡模式分析 371

12.10 提高注入流强 371

12.10.1 抑制注入边带 371

12.10.2 抑制注入残余振荡 372

12.10.3 替代八极磁铁提高注入流强 373

参考文献 374