太赫兹近场高通量材料物性测试系统的束流诊断系统设计
发布时间：2021-01-27 05:33
在国家同步辐射实验室主持的《太赫兹近场高通量材料物性测试系统》工程项目中,包含一台长约3m的电子直线加速器,根据该电子直线加速器的相关技术要求,需要设计一套具有束流位置测量、束流能量与能散测量、束流长度测量和束流流强测量等功能的束流诊断系统。本文在此基础上展开了相关研究。首先设计了束流位置测量系统。在该电子直线加速器中的波荡器前后位置处,各有一个束流位置监测器（BPM）。由于条带BPM的高性价比,最终选择其进行束流位置测量。在波荡器之前,采用了具有正交对称性的圆形真空室下的条带BPM。针对波荡器出口处真空室非正交对称性的问题,设计了矩形和跑道形真空室下的两种非正交对称性条带BPM,基于边界元法,利用MATLAB软件分别对三种真空室下的条带BPM进行建模和仿真,比较其相关特性参数,选用了矩形BPM。束团的能量与能散,是加速器的关键指标之一。在太赫兹工程项目中,主体装置是一台直线加速器,要求能量和能散的分辨率好于10 KeV,对比各种测量方法,最终采用能谱分析系统测量能量和能散。本项目中要求束团长度测量的分辨率好于50 fs。以零相位法为基础,结合横向偏转腔法二次函数拟合求解束团长度的优势...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２常见ＢＰＭ实物图??纽扣电极结构简单，且形状非常小
?第二章束流位置诊断系统设计???／?Ｂｅａｍ?＼??／＾：?＼７＾〇ｎ???ｆ１——??Ｖ?／??＾?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?／??图２．１双电极测量束流位置原理图??假设束流位置探测电极上任意一点位置为（ｂ＃），在实际应用中，束流位置??探测电极一般贴近真空管道，根据静电镜像法原理，可以得到束流位置探测电??极上的壁电流密度如公式（２．４）所示：??＝?￣２?ｂ?￣ｒ??（２．４）??２ｎｂ?＼＿ｂ２?＋ｒ２?－２ｂｒ?ｃｏｓ（ｉ／／－〇）??对公式（２．４）进行展开，可得公式（２．５）：??Ｋ?（ｂ，ｙ／，ｔ）?＝?－?ｊ１?＋?２ｉ｛＾?ｃｏｓ?［？（＾?－?＾）］！?（２．５）??如图２．１所示，两个束流位置探测电极上下放置，记上下电极上的感应电??流分别为ＩＢ，Ｉｔ，则由公式（２．５）可得上下电极感应电流为：??心（，）＝１Ｘ?丄］?ｃｏｓ＿ｓｉｎ?卜（吾＋??２ｎｂ?（ｐＴｌｒｔｙｂ）?Ｌ?２?２?Ｊ??ｒＬ?，?（２．６）??ｈ?（０?＝?－?ＹＪ?Ｉ１?＋?－?Ｚ?－?ｆ?Ｃ〇ｓ（ｎ０）?ｓｉｎ?Ｔ?＋?＾）ｌ｜??２ｎｂ?［?（ｐｔ＾ｎ＼ｂ）?Ｌ?２?２?ＪＪ??由公式（２．６）可知，已经求出了上下电极上的感应电流，根据对称性，将??上下电极顺时针旋转９０°，则为其左右电极，故同理可求束流水平方向束流位??置探测电极上的感应电流为：??９??
?第二章束流位置诊断系统设计???同理，可对公式（２．８）进行中左右电极感应信号进行处理，并忽略高次项，??可得束流水平位置为：??ｐ?＿ＩＲ（ｔ）－ＩＬ（ｔ）?＝?２ｙｆ２ｓｉｎ（＜ｐ／２）?ｘ?（２?ｎ）??Ａ，ｚ＾￣?ＩＲ（ｔ）?＋?ＩＬ（ｔ）￣?ｑ＞?ｂ?＇??由公式（２．１０）和公式（２．１１）分析可得，无论是水平方向还是垂直方向，??其灵敏度均保持一致，如公式（２．１２）所示：??細免／＿２丄丄?（２．１２）??Ａ／ｚ?（ｐ?ｂ！２??上述是差比和处理法的原理。在实际应用中，差比和处理法有两种运用方??式。一种是先对电极信号进行差比和处理，然后将处理后的信号转换为数字信??号。另一种是先对耦合来的电极信号进行模数转换，再对其进行差比和处理。??２．对数比处理法??如图２．２所示，为对数比处理法处理感应信号的流程图。??＾?＾?差??？带通滤被器?对教放大器＾＾??ＢＰＦ?１／?器??＾——－ｄ］．??图２．?２对数比处理法流程图??上下探测电极耦合出感应信号，感应信号分别通过带通滤波器进行滤波处??理，然后再经过对数放大器放大，最后进入差分放大器，实现对数比处理过程。??经过处理之后，可得对数比法处理下束流位置为：??ｐ?＝）ｎ?ｈｉｔ）?＿ＷＩｓｉｎ（屮／２）?ｘ??１ｍ）?￣?（ｐ?￣ｂ??＾?Ｌ?＾?＾?（２．１３）??ｎ?ｌＲ（ｔ）?４７２ｓｉｎ（９＞／２）?ｙ??ｒｖ?Ｌ＾）Ｊ＝＾??由公式（２．１３）可知，其灵敏度为：??２Ｖ２ｓｉｎ（Ｗ２）．Ｊ＿?（２?⑷??４／－?（ｐ?ｂ！２??１１??
本文编号：3002515
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２常见ＢＰＭ实物图??纽扣电极结构简单，且形状非常小
?第二章束流位置诊断系统设计???／?Ｂｅａｍ?＼??／＾：?＼７＾〇ｎ???ｆ１——??Ｖ?／??＾?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?／??图２．１双电极测量束流位置原理图??假设束流位置探测电极上任意一点位置为（ｂ＃），在实际应用中，束流位置??探测电极一般贴近真空管道，根据静电镜像法原理，可以得到束流位置探测电??极上的壁电流密度如公式（２．４）所示：??＝?￣２?ｂ?￣ｒ??（２．４）??２ｎｂ?＼＿ｂ２?＋ｒ２?－２ｂｒ?ｃｏｓ（ｉ／／－〇）??对公式（２．４）进行展开，可得公式（２．５）：??Ｋ?（ｂ，ｙ／，ｔ）?＝?－?ｊ１?＋?２ｉ｛＾?ｃｏｓ?［？（＾?－?＾）］！?（２．５）??如图２．１所示，两个束流位置探测电极上下放置，记上下电极上的感应电??流分别为ＩＢ，Ｉｔ，则由公式（２．５）可得上下电极感应电流为：??心（，）＝１Ｘ?丄］?ｃｏｓ＿ｓｉｎ?卜（吾＋??２ｎｂ?（ｐＴｌｒｔｙｂ）?Ｌ?２?２?Ｊ??ｒＬ?，?（２．６）??ｈ?（０?＝?－?ＹＪ?Ｉ１?＋?－?Ｚ?－?ｆ?Ｃ〇ｓ（ｎ０）?ｓｉｎ?Ｔ?＋?＾）ｌ｜??２ｎｂ?［?（ｐｔ＾ｎ＼ｂ）?Ｌ?２?２?ＪＪ??由公式（２．６）可知，已经求出了上下电极上的感应电流，根据对称性，将??上下电极顺时针旋转９０°，则为其左右电极，故同理可求束流水平方向束流位??置探测电极上的感应电流为：??９??
?第二章束流位置诊断系统设计???同理，可对公式（２．８）进行中左右电极感应信号进行处理，并忽略高次项，??可得束流水平位置为：??ｐ?＿ＩＲ（ｔ）－ＩＬ（ｔ）?＝?２ｙｆ２ｓｉｎ（＜ｐ／２）?ｘ?（２?ｎ）??Ａ，ｚ＾￣?ＩＲ（ｔ）?＋?ＩＬ（ｔ）￣?ｑ＞?ｂ?＇??由公式（２．１０）和公式（２．１１）分析可得，无论是水平方向还是垂直方向，??其灵敏度均保持一致，如公式（２．１２）所示：??細免／＿２丄丄?（２．１２）??Ａ／ｚ?（ｐ?ｂ！２??上述是差比和处理法的原理。在实际应用中，差比和处理法有两种运用方??式。一种是先对电极信号进行差比和处理，然后将处理后的信号转换为数字信??号。另一种是先对耦合来的电极信号进行模数转换，再对其进行差比和处理。??２．对数比处理法??如图２．２所示，为对数比处理法处理感应信号的流程图。??＾?＾?差??？带通滤被器?对教放大器＾＾??ＢＰＦ?１／?器??＾——－ｄ］．??图２．?２对数比处理法流程图??上下探测电极耦合出感应信号，感应信号分别通过带通滤波器进行滤波处??理，然后再经过对数放大器放大，最后进入差分放大器，实现对数比处理过程。??经过处理之后，可得对数比法处理下束流位置为：??ｐ?＝）ｎ?ｈｉｔ）?＿ＷＩｓｉｎ（屮／２）?ｘ??１ｍ）?￣?（ｐ?￣ｂ??＾?Ｌ?＾?＾?（２．１３）??ｎ?ｌＲ（ｔ）?４７２ｓｉｎ（９＞／２）?ｙ??ｒｖ?Ｌ＾）Ｊ＝＾??由公式（２．１３）可知，其灵敏度为：??２Ｖ２ｓｉｎ（Ｗ２）．Ｊ＿?（２?⑷??４／－?（ｐ?ｂ！２??１１??
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