一种束流位置探测器标定系统技术方案

本发明专利技术公开了一种束流位置探测器标定系统，其特征在于，包括同轴线、锥形发射器、Gaobou线、锥形接收器、吸收负载、移动平台和信号记录子系统；其中，所述同轴线的一端与所述锥形发射器的顶端连接，用于将信号源产生的信号输入到所述锥形发射器；所述锥形发射器的末端与所述Gaobou线一端连接，用于将同轴线输入的TEM波逐渐过渡到TM模表面波并输入到Gaobou线中进行传输；所述Goubau线另一端与所述锥形接收器的末端连接，用于将输入的TM模表面波输入到所述锥形接收器；所述锥形接收器的顶端与所述吸收负载连接，用于将收到的信号输入到所述吸收负载；所述移动平台，用于携带待标定对象沿所述Gaobou线移动。象沿所述Gaobou线移动。象沿所述Gaobou线移动。

【技术实现步骤摘要】
一种束流位置探测器标定系统


[0001]本专利技术属于粒子加速器
，涉及一种新型束流位置探测器标定系统。

技术介绍

[0002]束流位置探测器Beam Position Monitor(BPM)是粒子加速器的“眼睛”，用于观察束流在管道中位置，实现对束流位置的精确控制，从而保证正常运行。束流经过BPM时将在焊接在管道上的输出电极上产生一定幅度的电压信号U，如图1所示，信号与束流与电极距离d成反比关系，比较相对电极的信号就可以得到束流位置，即存在:
[0003][0004]其中x为束流的位置，系数k也被称为BPM的灵敏度，δ则是两个电极因为各种原因，比如电极的差异，管道的对称性等引起几何中心相对于电中心的偏移offset。一般BPM在加工出来后，在安装到加速器上之前，需要对BPM的灵敏度k以及offsetδ进行标定，一方面对机械加工的精度进行一个评估，另一方面通过确定了标定系数k，电子学才能计算得到正确的位置。
[0005]另外公式(1)适用的范围，即信号强度与位置成正比的关系，是束流在靠近管道中心时才成立，这一范围成为线性区，标定的作用也是要得到线性区之外束流位置与U1、U2之间的关系，确定高阶的标定系数。
[0006]BPM标定系统的目标是产生一个模拟束流的电磁波，该电磁波需要精确稳定，且可以根据实验要求在一定范围内改变位置。图2是标定系统的基本构成示意图，信号源产生的模拟束流的信号经过同轴线、发射器往外传播发射，信号记录系统测量U1、U2，移动平台系统通过同步电机带动BPM运动，实现束流位置的变化(有的系统是带动发射器和穿过BPM的线运动)，接收器吸收电磁波信号减小反射。
[0007]对于标定系统而言，一方面需要实现天线(称发射器与之接收器之间的穿过待标定元件的部分)与待测部件的相对位置变化，另一方面需要通过信号记录系统记录下待测部件对这种位置变化的响应。对定位精度的要求是随着待测部件BPM的测量要求而逐渐严格的。因为发射器与天线组成的系统可以比较好的模拟束流，该标定系统也可以用于对其它束测元件的标定，得到如流强探测器Current Transformer CT等元件的特征信息。
[0008]一般的BPM标定系统采用的单线式天线，即同轴线的内导体接上一段金属线作为天线，为了保证天线相对于BPM位置的精度，通常采用较粗的刚性金属线，典型的内导体外径在4～10mm之间，这样才能保证足够的机械强度。
[0009]将信号源产生的信号经过放大后通过同轴线以TEM波传输，然后经过天线以平面波的形式往外发射，模拟束流。
[0010]现有的标定系统的缺点主要有以下几个方面:
[0011]1.系统的精度较差。为了有足够的机械强度，通常内导体尺寸较大，对于管径较小的BPM或者其它需要测试的设备(Device Under Test,DUT)来说，其定位精度较差，即便是
采用内导体较小的材料(金属丝)，其震动、与BPM的轴线的平行度都会对标定的精度有较大影响。先进加速器的第四代光源，管道内径已经降低到20mm水平，对标定精度的要求也达到μm量级。
[0012]2.信号的发射效率不高。同轴线缆的特征阻抗为50Ω，自由空间平面波的特征阻抗为377Ω，阻抗的不匹配加上跳跃式变化，导致功率大部分都发生了反射，多次反射会引起也会引入额外的读数误差。
[0013]3.系统的适用面较窄。通常BPM标定系统仅能用于BPM测量,针对其它DUT的困难在于不同的DUT需要测量的响应频率范围不同。一般电子加速器BPM的工作频率为500MHz，离子加速器BPM的工作频率也在100MHz量级，一方面结构优化通常是针对某个频率，所以很难应用到工作频率相差较大的设备标定。比如对于不同的CT来说，关心频率范围从kHz到MHz,甚至是GHz(FCT)，所以BPM标定系统不能用于CT的标定。另外对于100MHz信号的来说，在真空中的波长λ0＝3m，这样发射装置的尺寸很难做小，不利于实验开展。

技术实现思路

[0014]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种新型束流位置探测器标定系统。本专利技术能模拟加速器的束流对BPM进行标定，得到BPM的标定系数与offset，其特点在于能提高信号(电磁波)的发射效率，采用较小尺寸的部件得到较为精确的标定结果，特别适用于管道较细的加速器BPM的标定，同时该标定系统也可以用于加速器部件的尾场阻抗测量，具有较宽和较高的应用价值。本专利技术的目标是优化电磁波发射装置，让特征阻抗的过渡更加平滑，提高信号源对发射系统的输入匹配状态即减小S
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，同时也增大传输，较小信号在天线上的损耗即增大S
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。
[0015]本专利技术通过锥形发射器实现同轴50Ω到300Ω的特征阻抗的逐渐变化，增大发射效率，减小信号的反射。用锥形接收器接上匹配负载尽可能减小反射信号对系统的干扰；本专利技术用尺寸在100μm级的Gaobou线替代mm级的发射天线或者金属裸线来模拟束流，既保证电场都集中在离导线很近的局域内，减小对边界条件的依赖性，同时减小发射装置的尺寸；通过锥形发射器接收器加Gaobou线的组合，不仅可以用于BPM标定，同时可用来进行其它束流探测器如CT的标定，也可用于尾场阻抗研究。
[0016]本专利技术的技术方案为：
[0017]一种束流位置探测器标定系统，其特征在于，包括同轴线、锥形发射器、Gaobou线、锥形接收器、吸收负载、移动平台和信号记录子系统；其中，
[0018]所述同轴线的一端与所述锥形发射器的顶端连接，用于将信号源产生的信号输入到所述锥形发射器；其中信号源产生的信号在所述同轴线中以TEM波的形式传输；
[0019]所述锥形发射器的末端与所述Gaobou线一端连接，用于将所述同轴线输入的TEM波逐渐过渡到TM模表面波并输入到所述Gaobou线中进行传输；
[0020]所述Goubau线另一端与所述锥形接收器的末端连接，用于将输入的TM模表面波输入到所述锥形接收器；
[0021]所述锥形接收器的顶端与所述吸收负载连接，用于将收到的信号输入到所述吸收负载；
[0022]所述移动平台，用于携带待标定对象沿所述Gaobou线移动；
[0023]所述信号记录子系统，用于记录待标定对象相对所述Gaobou线位置变化时的响应。
[0024]进一步的，所述锥形发射器与所述锥形接收器的结构相同。
[0025]进一步的，所述同轴线为N型同轴线，所述锥形发射器的顶端设置与所述同轴线匹配的N型接头，所述锥形发射器的末端的内导体与所述Gaobou线相连；所述锥形接收器的末端的内导体与所述Gaobou线相连。
[0026]进一步的，所述锥形发射器的外导体内半径r
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按照r
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+0.67*L0变化，0≤L0≤300、内导体外半径r
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为r
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/e
Z/60
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12<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种束流位置探测器标定系统，其特征在于，包括同轴线、锥形发射器、Gaobou线、锥形接收器、吸收负载、移动平台和信号记录子系统；其中，所述同轴线的一端与所述锥形发射器的顶端连接，用于将信号源产生的信号输入到所述锥形发射器；其中信号源产生的信号在所述同轴线中以TEM波的形式传输；所述锥形发射器的末端与所述Gaobou线一端连接，用于将所述同轴线输入的TEM波逐渐过渡到TM模表面波并输入到所述Gaobou线中进行传输；所述Goubau线另一端与所述锥形接收器的末端连接，用于将输入的TM模表面波输入到所述锥形接收器；所述锥形接收器的顶端与所述吸收负载连接，用于将收到的信号输入到所述吸收负载；所述移动平台，用于携带待标定对象沿所述Gaobou线移动；所述信号记录子系统，用于记录待标定对象相对所述Gaobou线位置变化时的响应。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锥形发射器与所述锥形接收器的结构相同。3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述同轴线为N型同轴线，所述锥形发射器的顶端设置与所述同轴线匹配的N型接头，所述锥形发射器的末端的内导体与所述Gaobou线相连；所述锥形接收器的末端的内导体与所述Gaobou线相连。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锥形发射器的外导...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊，随艳峰，岳军会，曹建社，王安鑫，李勇，汪林，麻惠洲，杜垚垚，于令达，赵颖，魏书军，徐韬光，叶强，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：