Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Page,*,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,Page,*,University of Science and Technology of China,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,中国科学技术大学,ADS,质子加速器束流,位置及相位,测量,电子学研究进展,核探测与核电子学国家重点实验室,2013,年年会,胡晓芳,核探测与核电子学国家重点实验室（筹）,2013-5-3,ADS质子加速器束流位置及相位测量电子学研究进展核探测与核电,立项背景,加速器驱动次临界洁净核能系统（,Accelerator Driven Sub-critical System,，,ADS,）是利用加速器加速的高能质子与重靶核发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。,ADS,项目被认为是最具前景的解决能源和核废料安全处理问题的措施之一。,我国于,19961999,年间在中国核工业集团公司和国家自然科学基金会的支持下开始开展,ADS,概念研究和物理可行性研究。,1999,年在科技部的国家重点基础研究发展规划项目（“,973,计划”）中立项，开展为期五年的“,ADS,物理和技术基础研究”；,2007,年，“,973,计划”中继续支持了,ADS,的研发至今。,2010,年，国家自然科学基金委员会实施了“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”重大研究计划，支持,ADS,等研究。,中科院在,2010,年,3,月,31,日向国务院第,105,次常务会议汇报了“创新,2020,”方案，得到原则同意。在“创新,2020,”方案中，“未来先进核裂变能”作为战略性先导科技专项进行部署。,立项背景加速器驱动次临界洁净核能系统（Accelerator,立项背景,作为,ADS,系统中核心组成部分，强流质子加速器的束流诊断方法是整个系统的关键科学技术之一。,此课题针对,ADS,质子加速器,束流位置与相位测量需求,，,基于,高速模数变换和实时数字化处理方法,，进行的,束流测量,技术,研究。,此课题属于,中国科学院战略性先导科技专项,“未来先进核裂变能,-ADS,嬗变系统”中的,子课题,，并受到,国家自然科学基金青年科学基金项目,的支持。,ADS,系统结构组成示意图,立项背景作为ADS系统中核心组成部分，强流质子加速器的束流诊,第三代,国内外技术现状,更高程度的数字化技术乃至全数字化技术是目前国内外研究的热点,。,国外甚至出现公司专门研究设计此类仪器，如斯洛文尼亚的,I,nstrumentation,T,echnologies,公司研制了系列数字束流测量仪器,Libera,和,Single Pass H,等系列，上海同步辐射光源一次性的就从此,公司,购置了,200,台,Libera Electron,系列束流位置测量系统,（每台约,1,万欧元）,。,第二代,第一代,模拟信号处理领域,数字信号处理领域,第三代国内外技术现状更高程度的数字化技术乃至全数字化技术是目,研究目标,针对,ADS,质子加速器实际的束流相位及位置测量需求，研究全数字化的束流测量技术方法。,在进行方法研究的基础上，实现原理样机一套，通过实际系统测试验证原理方法并评估性能：,动态范围：,10 mV,至,1 V,相位测量指标：,分辨：,0.1,精度：好于,0.5,位置测量指标：,分辨：,0.03 mm,精,度：好于,0.2 mm,研究目标针对ADS质子加速器实际的束流相位及位置测量需求，研,研究内容,研究出的原理样机可以,直接应用于,ADS,质子直线加速器,RFQ,后的,BPM,探头信号处理分析。,ADS,质子加速器,束流频率为,162.5 MHz,，束团宽度为大概为,1ns,，相宽,60,度，束流流强范围约为,0.5mA-10mA,。,ADS,质子加速器束流结构,BPM,束流信号处理系统原理框图,相位测量,位置测量,研究内容研究出的原理样机可以直接应用于ADS质子直线加速器R,研究内容,传统的,I,，,Q,计算方法基于全模拟或半模拟的处理方法，需先将输入,RF,信号进行模拟下变频。,最新的技术是基于数字,IQ,解调的方法，其算法复杂。,在此课题中我们计划在束流测量中引入新型方法：,-,束流,RF,信号直接正交欠采样技术,。,基本技术原理,束流,RF,信号,-,图中,绿,色细线,数字中频信号,-,图中,紫,色粗连线，方块表示采样点），对应于,I,和,Q,序列。,最大程度简化,-,模拟电路复杂度,-,数字信号处理算法复杂度,可,同时实现,束流相位及位置测量,RF,信号正交欠采样方案基本原理示意图,I,Q,-I,-Q,-I,-Q,I,Q,研究内容传统的I，Q计算方法基于全模拟或半模拟的处理方法，需,研究内容,束流感应信号的基频分量往往会受到加速器其他部分（如,RF,场）的干扰，因此，本课题主要,基于二次谐波,进行测量系统的设计。,同时也设计了基于基频分量的测量系统，以作对比。,在二次谐波系统中需要对,325MHz,的,RF,信号和,162.5MHz,的,MO,信号同时进行测量。,BPM,束流信号处理系统原理框图,研究内容束流感应信号的基频分量往往会受到加速器其他部分（如,原理方法的仿真确认,通过,Matlab,仿真确认了系统方法的可行性：,通过仿真确认可通过射频信号欠采样的方式获得正交的,I,和,Q,序列。,通过仿真确认可同时实现基频和二次谐波信号的测量。,在重复上电的情况下，此方法可正确获得基频和二次谐波信号的相位差。,基频信号采样时域波形图,二次谐波信号采样时域波形图,原理方法的仿真确认通过Matlab仿真确认了系统方法的可行,原理方法的仿真确认,1,）,固定基频信号初始相位，改变二次谐波信号相位，测量相位差。,仿真结果表明,测量值与设置值完全吻合，表明测量方法是正确的。,2,）,其次考虑不同的起始采样时刻对测量结果的影响。固定两信号相位，改变起始采样时刻，测量相位差的变化。,仿真结果表明,测量值与起始采样时刻无关。,不同相位差值情况下测量结果,不同,采样起始时间,下测量结果,原理方法的仿真确认1）固定基频信号初始相位，改变二次谐波信号,关键技术,低噪声大动态范围,RF,信号处理电路设计,高,速高,精度模拟数字变换,技术,高精度时钟系统设计,高速数字信号处理算法研究,关键技术 低噪声大动态范围RF信号处,电子学系统的设计与制作,电子学系统的设计与制作,电子学系统的设计与制作,AFE Board,DPB Board,进行电路原理图、,PCB,的设计及硬件电路制作。,二次谐波系统实物图,电子学系统的设计与制作AFE BoardDPB Board,系统的模拟电路设计包括两部分，电极检测信号（,RF,信号）的模拟调理电路和,MO Reference,信号的模拟调理电路。,如,图,所示，电极检测信号,BPF,提取,325 MHz,频率信号，并通过,AGC,电路实现可调增益的信号放大，最后通过,BPF,滤除噪声和谐波后输出给,ADC,进行采样。,模拟调理电路部分的设计,系统,RF,信号模拟