基于四象限探测器的同步光位置测量系统研制

摘要

对于同步辐射光源来说，同步光位置测量系统作为束流测量系统的重要组成部分，对要求高品质、高稳定性光源的应用研究有很重要的价值，因此，国内外很多实验室非常重视同步光位置测量系统的研制。 本文介绍了光电效应式光位置检测器的工作原理，并对双丝型检测器、刀片型检测器、面型检测器、改良面型检测器和四象限探测器进行了灵敏度、线性范围等方面的性能分析比较，结合合肥光源实际，创新性的提出利用四象限光电探测器进行同步光位置的测量，并设计了基于四象限探测器的同步光位置测量系统。 论文对影响四象限光电探测器测量性能的各个参数进行了深入分析，包括采用不同的信号处理算法、沿不同的方向测量、不同的四象限探测器半径和不同的同步光尺寸等因素对同步光位置测量性能的影响。 在基于四象限探测器的同步光位置测量系统中，四象限探测器选用的是InGaAs型光电四象限探测器GD3541T和GD3542T，它们具有非常快的响应速度和非常宽的光谱响应范围，是一种用于同步辐射光源的理想的四象限光电探测器。在此基础上，研制了具有对数比运算功能的光位置测量电路对同步光电流信号进行处理，电路采用对数比运算芯片LOG101，包括以ARM7为核心的硬件设计、对嵌入式操作系统uC/OS-Ⅱ的移植以及人机界面程序的编写。 最后，我们对研制的基于四象限探测器的同步光位置测量系统在合肥光源上进行应用研究。论文分别对直径1mm的探测器GD3541T和直径3mm的探测器GD3542T进行垂直和水平方向的标定，得到标定系数和线性范围，然后应用此基于四象限探测器的光位置测量系统对合肥光源B3A-2°出光口引出的同步光的光位置进行实际的在线测量，并与BQ6E的测量结果进行了比较分析。 实际的测量结果表明基于四象限探测器的同步光位置测量系统能够在合肥光源上有效工作，测量同步光位置的效果非常理想。

目录

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第1章绪论

1.1同步光位置测量的背景及意义

1.2国外同步光位置测量系统现状

1.2.1常见的同步光位置检测器

1.2.2常见的光位置数据采集处理系统

1.3合肥光源及现有同步光位置测量系统

1.4研究目标、内容和创新点

第2章同步光位置测量技术

2.1光电效应检测器的工作原理

2.1.1光电转换原理

2.1.2同步光位置的计算

2.2各种光位置检测器的性能分析

2.2.1性能参数

2.2.2检测器的性能分析与比较

2.3结论及讨论

第3章四象限探测器在合肥光源上的应用

3.1基于四象限探测器的同步光位置测量系统

3.2四象限光电探测器的选用

3.3应用在HLS上的四象限探测器的理论分析

3.3.1差比和法与对数比法比较

3.3.2直径1mm探测器的水平方向与垂直方向比较

3.3.3直径3mm探测器的水平方向与垂直方向比较

3.3.4直径分别为1mm和3mm的四象限探测器比较

3.3.5不同尺寸同步光的比较

3.4总结与讨论

第4章光电流信号处理系统的研制

4.1硬件设计

4.1.1对数比运算模块

4.1.2信号调理和模数转换模块

4.1.3中央控制模块

4.1.4网络接口

4.2软件部分

4.2.1嵌入式系统移植

4.2.2应用程序

4.3 人机界面

第5章四象限探测器的标定及稳定性测量

5.1直径1MM的四象限探测器的标定

5.1.1 垂直方向的标定

5.1.2水平方向的标定

5.1.3分析讨论

5.2直径3MM的四象限探测器的标定

5.3稳定性测量试验

5.3.1垂直方向测量实验

5.3.2水平方向测量实验

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果