合肥光源条纹相机定时电路的改进和束团长度测量

摘要

国内外的各大加速器装置中，条纹相机作为重要的测量仪器，被广泛使用在加速器和储存环的各种特性和参数测量中。合肥光源储存环中同样利用条纹相机测量束团的各种特性和参数，例如:束团长度、束团纵向不稳定性、束团势阱畸变、束团横向尺寸等等，条纹相机为储存环中的各项研究提供了平台和工具，为储存环的稳定运行和机器研究提供了各项数据参考。
　　本文主要在现有条纹相机的基础上对其改进用来测量储存环中束团长度以及势阱畸变。现有的条纹相机的快扫描模块工作频率为102MHz，用来观测束团纵向分布，多束团时相邻的两个束团头尾会重叠，无法观测势阱畸变，同时导致束团长度测量结果不准确，单束团时相邻两个周期的束团也会重叠，目前的观测势阱是调节延迟使得屏幕中显示两个独立的条纹像。本文中设计一个三分频二倍频定时电路，利用合肥光源的高频频率变换得到136MHz的信号，之后输入到条纹相机的扫描模块中，在此扫描频率下，单束团或者多束团的条纹像均不存在头尾重叠并且屏幕中只有一个像，提高了测量的精度。
　　本文首先介绍了束团纵向参数的测量以及条纹相机的应用，接下来介绍了合肥光源条纹相机的原理、结构以及所设计的测量系统等。重点介绍了设计的用于条纹相机触发单元的三分频二倍频定时电路，采用锁相环芯片ADF4360-8设计定时电路，学习设计电路原理图以及PCB图以及焊接测试电路板，并且介绍了储存环中束团的纵向运动以及势阱畸变的物理原理和模型。
　　最后利用改进后的条纹相机观察合肥光源储存环在单束团和多束团模式下的束团纵向分布以及势阱畸变，并且与改进前的条纹相机观测结果进行对比，以验证设计猜想。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 束流纵向参数测量技术

1．1．1 束团长度

1．1．2 束团长度的测量

1．1．3 条纹相机测量技术

1．1．4 总结

1．2 研究目的

1．2．1 条纹相机同步扫描分析

1．2．2 条纹相机同步扫描线性区计算

1．2．3 合肥光源机器参数

1．3 研究内容和创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 创新点

第二章 HLSⅡ条纹相机

2．1 条纹相机简介

2．1．1 发展历史和趋势

2．1．2 工作原理及特点

2．1．3 测量系统

2．1．4 工作模式

2．1．5 时间特性

2．2 合肥光源条纹相机系统

2．2．1 基本硬件结构

2．2．2 束流测量系统

2．3 本章小结

第三章 条纹相机定时电路设计

3．1 指标和设计方案

3．2．1 ADF4360系列芯片的工作原理

3．2．2 ADF4360-8芯片的配置

3．3 环路滤波器设计

3．3．1 锁相环简介

3．3．2 环路滤波器建模

3．4 电路的仿真设计

3．5 控制模块设计

3．5．1 控制单片机芯片简介

3．5．2 控制电路设计

3．6 定时电路系统的实现

3．6．1 系统原理图设计

3．6．2 系统PCB图设计

3．6．3 定时电路的离线测试

3．6．4 总结

3．7 本章小结

第四章 HLSⅡ束团长度测量及研究

4．1 相关理论

4．1．1 储存环中电子的纵向运动

4．1．2 束流尾场与耦合阻抗

4．1．3 势阱畸变

4．2 单束团模式下测量研究

4．2．1 束团纵向分布观测

4．2．2 势阱效应观测

4．3 多束团模式下测量研究

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

在攻读硕士学位期间发表的论文