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BEPCII是一台双环结构的加速器,有两种工作模式:对撞模式和同步辐射模式。其本身的设计目标是高亮度稳定运行,因此对束流测量系统提出了更高的要求。
本论文所研制的基于数字束流位置处理器Libera的束流测量系统,将结合BEPCII工程实际需求,尽可能提供更多的测量参数,丰富调束的监测手段,使得加速器物理学家和运行操作人员能够改善注入效率、优化LATTICE参数、监控束流行为,从而提高对撞亮度或同步辐射亮度。
本文首先介绍了束流测量的基本理论,其中包括束流位置探头BPM的测量理论、束流位置信号处理及后续检验与修正。同时分析了束流频谱,着重对自由振荡频率做了介绍。
接着从软件无线电原理入手介绍Libera硬件结构,其中详细的分析了带通采样、数字滤波、采样率变换、正交变换等理论,这些都是Libera应用所必须采用的基本测量原理。
然后通过Arm-Linux交叉编译,在EPICS环境中移植和开发Libera数据采集系统,从而建立soft IOC。利用soft IOC对获取数据进一步分析处理实现了束流轨道残余振荡测量和闭轨数据高阶拟合。
最后对Libera做了较为全面的实验室测试。在数字BPM测量系统硬件和软件调试好的基础上,针对加速器物理需求进行了一系列束流实验,包括:根据Libera的First Turn测量模式提供的多圈束流信号调试束流注入、利用Libera的Turn-by-turn测量数据分析束流轨道残余振荡并优化注入、在线测量储存环工作点和Beta函数,并取得了较好的实验效果,为提高对撞亮度做出贡献。