HIRFL束流相位测量系统的研究和改进

兰州重离子研究装置（Heavy Ion Research Facility at LanZhou,HIRFL）是由一台1.7m扇聚焦回旋加速器（SFC）与一台能量常数K=450的分离扇回旋加速器（SSC）组成的加速器系统。束流相位测量系统式束流诊断系统中的一个重要部分，对等时场优化等具有十分重要的作用。HIRFL束流中心相位测量系统于1985年完成了桌面实验，但由于测量精度低，现场抗干扰能力差，一直未能投入使用。 本课题的目的就是找出原系统存在的问题，逐一解决，以便提高其可靠性与测量精度，达到设计要求。 在通过一系列的电子学部分改进和SSC中心相位探针改造之后，于1995年7月第一次测出了SSC中心束流相位。此后，逐步完善改进电子学硬件部分，同时全新设计了系统控制软件，提高了在SFC和SSC上束流相位的测量精度，终于使该系统达到了测量精度为±2.75°~±1.5°的水平。 本论文第一、二章阐述了束流中心相位测量原理和HIRFL束流中心相位测量系统的工作原理，这是本工作的基础和出发点。 在本论文的第三章中，分析了原系统中存在的主要问题。实践使用中可以看出原系统灵敏度低，抗干扰能力差，可靠性差，测量精度低。为了定量判断系统存在的问题，我们设计了自检系统。利用自检系统我们测出原系统测量精度为±6°，且检测出原系统sin，cos正交输出异常。同时测量了原系统多路开关串话量，大多数道与道之间高于最低要求的-40dB，最差只有-20dB，证明存在严重的道间干扰。 本文的第四章中，针对原系统的可靠性差和精度低的两个问题，采取了硬件与软件两方面的各种措施，对系统加以改进。首先，为了提高系统的可靠性，必须提高系统抗干扰能力。为此，我们进行了两个方面的工作，一是根据我们现有条件自行设计了一种新的电缆电子学长度校正方法，大大减少了电缆间相差（小于0.3°），从而有效地提高了系统的抗干扰能力。这种方法不但可以用来校正相同介质电缆，而且可以用来校正不同介质电缆的电子学长度。二是设计了新的信号预选器，其串话量达到约-70dB，并完善了电磁屏蔽，使其完全达到了设计要求。在改进硬件的同时，为了提高可靠性，重新设计了系统控制软件。新的软件测量数据可靠，漏报概率为10-3，操作简便直观，并易于发展。其次，我们工作的重点是提高测量精度。根据自检结果，我们采取了如下措施： （1） 通过对自检数据进行分析，并与理论分析比较，发现问题主要存在于90°移相电路中。而其后的检测证实了这一点。重新调整90°移相电路，并对90°电缆相移进行了精确的校正，从原81.5°校正为90.6°，从而使系统的精度从±6°提高到±4°。 （2） 通过自检数据和理论分析发现鉴相器存在输出增益不平衡，在解决问题之后使系统测量精度达到了±2.75°~±1.5°。 在本文的第五章中，对加速器运行时的中心束流相位测量结果进行了详细分析。结果证明，测量数据可靠，能正确反映出磁场变化情况，测量重复误差达到了±0.5°，从而说明改进后的中心束流相位测量系统性能良好，达到了设计指标。