一种提高工作点测量灵敏度的电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种提高工作点测量灵敏度的电路及方法，相关电路包括：束流位置检测器、包络检波电路、交流耦合器、高阻差分放大器、陷波滤波器与带通滤波器；其中：所述束流位置检测器的两路输出端分别连接一包络检波电路，每一包络检波电路输出端分别连接一交流耦合器，两个交流耦合器的输出端分别对应的连接高阻差分放大器的反向输入端与正向输出端，高阻差分放大器的输出端连接陷波滤波器，陷波滤波器的输出端连接带通滤波器。该方案原理简单，电路结构容易构建，与常规的工作点测量方法相比，可以极大提高工作点频率的检测灵敏度，特别适合同步辐射光源电子储存环中工作点的实时检测和参数反馈。

【技术实现步骤摘要】
一种提高工作点测量灵敏度的电路及方法
本专利技术涉及带电粒子加速器
，尤其涉及一种提高工作点测量灵敏度的电路及方法。
技术介绍
工作点是同步辐射光源电子储存环最重要的参数之一。常规的测量方法中，通常必须对储存束流施加一定的激励才能有效检测到工作点，对束流的扰动使得工作点测量在应用中受到了很大的限制。近年来提出的极限衍射储存环是最先进的同步辐射光源，其发射度通常在几十皮米弧度，束流轨道稳定性通常要求在百纳米量级，动力学孔径等明显小于三代光源。因此，尽可能的降低工作点测量过程中对储存束流的扰动是新一代光源的迫切需求，提高工作点测量灵敏度是目前实现降低对束流的影响的有效途径，并能有效扩展工作点测量的应用，比如实时工作点检测和反馈、射频实时检测和反馈等，但是，目前还没有较为有效的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高工作点测量灵敏度的电路及方法，可以有效提高工作点的检测灵敏度，从而解决现有测量技术中需要对束流进行扰动测量的不利影响。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种提高工作点测量灵敏度的电路，包括：束流位置检测器、包络检波电路、交流耦合器、高阻差分放大器、陷波滤波器与带通滤波器；其中：所述束流位置检测器的两路输出端分别连接一包络检波电路，每一包络检波电路输出端分别连接一交流耦合器，两个交流耦合器的输出端分别对应的连接高阻差分放大器的反向输入端与正向输出端，高阻差分放大器的输出端连接陷波滤波器，陷波滤波器的输出端连接带通滤波器。一种提高工作点测量灵敏度的方法，包括：采用束流位置检测器耦合束流信号，输出的两路耦合束流信号分别经过一包络检波电路进行检波处理，获得的两路检波处理后的相对电极信号分别经一交流耦合器对应的输入至高阻差分放大器的反向输入端与正向输出端，最后依次通过陷波滤波器与带通滤波器对高阻差分放大器输出的减法运算后的信号进行滤波处理。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，方案原理简单，电路结构容易构建，与常规的工作点测量方法相比，可以极大提高工作点频率的检测灵敏度，特别适合同步辐射光源电子储存环中工作点的实时检测和参数反馈。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种提高工作点测量灵敏度的电路示意图；图2为本专利技术实施例所提供的基于二极管检波的包络检波原理图；图3为本专利技术实施例所提供的高阻差分放大器的示意图；图4为本专利技术实施例所提供的陷波滤波器的电路原理图；图5为本专利技术实施例所提供的陷波滤波器幅频响应曲线；图6为本专利技术实施例所提供的带通滤波器的电路原理图；图7为本专利技术实施例所提供的带通滤波器幅频响应曲线。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。在同步辐射光源电子储存环中，工作点测量系统是其必不可少的组成部分。工作点通过测量束流振荡信号频谱获得，常用方法是直接采集束流信号进行频谱分析。由于束流信号是窄脉冲调制信号，束流信号中主要的频率分量是回旋频率，工作点频率分量占比非常低，因此通常会对束流实时激励，以增大工作点频率分量。本专利技术的高灵敏度度工作点测量方法相对常规方法，有效地提高了信号检测灵敏度。如图1所示，为本专利技术实施例提供一种提高工作点测量灵敏度的电路，其主要包括：束流位置检测器1、包络检波电路2、交流耦合器3、高阻差分放大器4、陷波滤波器5与带通滤波器6；其中：所述束流位置检测器1的两路输出端分别连接一包络检波电路2，每一包络检波电路2输出端分别连接一交流耦合器3，两个交流耦合器3的输出端分别对应的连接高阻差分放大器4的反向输入端与正向输出端，高阻差分放大器4的输出端连接陷波滤波器5，陷波滤波器5的输出端连接带通滤波器6。之后，带通滤波器6输出的信号将送入低噪声放大器进行预放大，预放大的信号最后送入ADC进行数字化处理。本专利技术实施例中，所述束流位置检测器可以由一对相对电极或4个轴对称电极组成。一对相对电极可以用于测量一个平面方向的束流位置振荡，4个轴对称电极可以用于测量正交的两个方向的束流位置振荡。本专利技术实施例中，采用包络检波技术对耦合的束流信号进行检波处理，所述包络检波电路通过二极管检波电路或三极管检波电路实现。示例性的，可以采用如图2所示的二极管检波电路，如图2所示，R1为输入匹配电阻，选用阻值为50欧姆的贴片电阻，D1、R2和C1根据需要检测的工作点频率进行选择。假设需要检测的工作点频率为水平方向2.036MHz，垂直方向1.622MHz，则D1选用HSMS-2805，R2选用阻值1000欧姆的贴片电阻，C1选用容值为510皮法的贴片电容，可以计算得到检波电路衰减时间常数t＝0.51微秒。本专利技术实施例中，所述交流耦合器可以通过串接电容器实现。本专利技术实施例中，为了降低对检波电路的影响，尽可能提高差分放大器的输入阻抗，因此高阻差分放大器可以为仪表放大器类型的差分运算单元。示例性的，可以选择型号为AD8429的仪表放大器集成电路，如图3所示，增益电阻R1可以选用阻值6000欧姆贴片电阻。本专利技术实施例中，通过陷波滤波器与带通滤波器来分别滤除滤除回旋频率及谐波分量，有效提高工作点频率信号的功率分量。本专利技术实施例中，陷波滤波器可以选用双T型陷波器以及有源切比雪夫II型滤波器，如图4所示，陷波滤波器的工作频率为4.534MHz，其幅频响应曲线如图5所示。本专利技术实施例中，带通滤波器可以采用8阶巴特沃斯型滤波器，如图6所示，其幅频响应曲线如图7所示，中心频率为1.06MHz，3dB带宽为2MHz。基于上述方案，以合肥光源电子储存环为平台，其高频频率为204MHz，回旋频率为4.534MHz，最高运行流强为360mA，水平方向工作点小数部分为0.4490，垂直方向工作点小数部分为0.3577。根据合肥光源束流参数进行设计，利用本专利技术提供的电路，可以实现在不激励束流的情况下进行工作点的实时检测，对比原有的工作点测量系统，灵敏度提高了约17dB。本专利技术另一实施例还提供一种提高工作点测量灵敏度的方法，该方法可基于前述实施例提供的“电路”实现，主要如下：采用束流位置检测器耦合束流信号，输出的两路耦合束流信号分别经过一包络检波电路进行检波处理，获得的两路检波处理后的相对电极信号分别经一交流耦合器对应的输入至高阻差分放大器的反向输入端与正向输出端，最后依次通过陷波滤波器与带通滤波器对高阻差分放大器输出的减法运算后的信号进行滤波处理。本专利技术实施例中，所述束流位置检测器由一对相对电极或4个轴对称电极组成。本专利技术实施例中，所述包络检波电路通过二极管检波电路或三极管检波电路实现。本专利技术实施例中，所述交流耦合器通过串接电容器实现。本专利技术实施例中，所述高阻差分放大器为仪表放大器类型的差分运算单元。需要说明的是，上述方法中包含的各个器件所实现的功能的具体实现方式在前面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高工作点测量灵敏度的电路，其特征在于，包括：束流位置检测器、包络检波电路、交流耦合器、高阻差分放大器、陷波滤波器与带通滤波器；其中：所述束流位置检测器的两路输出端分别连接一包络检波电路，每一包络检波电路输出端分别连接一交流耦合器，两个交流耦合器的输出端分别对应的连接高阻差分放大器的反向输入端与正向输出端，高阻差分放大器的输出端连接陷波滤波器，陷波滤波器的输出端连接带通滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种提高工作点测量灵敏度的电路，其特征在于，包括：束流位置检测器、包络检波电路、交流耦合器、高阻差分放大器、陷波滤波器与带通滤波器；其中：所述束流位置检测器的两路输出端分别连接一包络检波电路，每一包络检波电路输出端分别连接一交流耦合器，两个交流耦合器的输出端分别对应的连接高阻差分放大器的反向输入端与正向输出端，高阻差分放大器的输出端连接陷波滤波器，陷波滤波器的输出端连接带通滤波器。2.根据权利要求1所述的一种提高工作点测量灵敏度的电路，其特征在于，所述束流位置检测器由一对相对电极或4个轴对称电极组成。3.根据权利要求1所述的一种提高工作点测量灵敏度的电路，其特征在于，所述包络检波电路通过二极管检波电路或三极管检波电路实现。4.根据权利要求1所述的一种提高工作点测量灵敏度的电路，其特征在于，所述交流耦合器通过串接电容器实现。5.根据权利要求1所述的一种提高工作点测量灵敏度的电路，其特征在于，所述高阻差分放大器为仪表...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永良，吴芳芳，孙葆根，卢平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34