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在同步辐射光源中,X光束位置对储存环调束、提高光束稳定性、进行光束线的调试和利用光束线站开展实验研究是个非常重要的参数。上海光源(SSRF)一期工程研发了刀片、丝扫描等光电式X射线位置探测器(X-ray Beam PositionMonitor,XBPM)和荧光靶探测器。其中刀片式BPM是利用X射线打在一对或两对对称的刀片上产生的光电流之比间接推导出光束的中心位置和位置变化,是一种相对测量,不能真正测量出光斑的中心位置,也不能测量光斑的形状;丝扫描BPM受形状不稳定性影响较大,扫描速度满足不了实时性较高的系统要求;荧光靶探测器使用了CVD金刚石荧光靶和高灵敏度黑白视频摄像头,能够实时快速地给出光斑的位置信息,但是不具备数字化功能,不能给出光斑强度分布和稳定性等信息。因此针对目前上海光源光束线对XBPM的要求,研发基于光学测量方法的高精度X射线光斑测量系统,测定光束的尺寸和位置信息,分辨率可达微米量级,具有高精度、全光斑信息、抗干扰能力强和实时性的优点。
本论文首先介绍了同步辐射X射线光斑测量系统的整体架构,对荧光靶探测器、光学系统和图像采集系统的设计进行了详细的介绍。图像采集系统中选用加拿大Prosilica公司的GC2450以太网工业相机作为主要设备,通过以太网传输数据和控制信号。
在系统的软件设计方面,系统的控制、数据获取和处理是在EPICS平台下进行开发的。主要是CCD探测器在。EPICS上的连接、编写数据库记录和图像处理程序,进行CCD的控制、获取实时的图像数据并进行图像处理,以及开发GUI界面图。该X射线光斑测量系统可以实现实时的数据采集、数据分析、处理、存储,并且可以通过GUI界面图观察X光束的位置变化。现在光学式同步辐射X射线光斑测量系统已经在上海光源BL16B光束线站和BL151光束线站进行测试,测试结果表明该系统运行情况良好,精度达到设计要求。