[发明专利]一种快速束团横向尺寸和位置的提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及对数处理技术，特别涉及用于提取储存环中逐圈和逐束团横向截面尺寸和中心轨道的方法。

背景技术

在储存环中，为了进行束流动力学、束流非线性、束流不稳定性以及束流注入过程等研究，需要进行逐圈或逐束团横向尺寸的测量。国外加速器一般采用多阳极光电倍增管和多通道高速数据采集卡提取数据，然后通过高斯拟合的方法进行束流横向尺寸和位置的提取。

当高能电子束团经过二极铁作弯转运动时，在瞬时运动方向产生同步辐射光，光束包络反映了发光点处电子束团的特性。将产生的同步光经过光学系统后成像到多阳极光电倍增管，由多阳极光电倍增管将其转换为快速电信号，再利用高速数字信号处理系统得到束团横向尺寸和中心位置。为了快速提取束团横向尺寸和中心位置，在国家自然科学基金面上项目11175173支持下开展了相应研究。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种获取逐圈和逐束团横向尺寸和位置信息的方法，以便改进由于高斯拟合方法带来的数据量大、实时性差、成本高和操作复杂等缺点，为后续开展加速器应用研究提供指导。

本发明技术解决方案：一种快速束团横向尺寸和位置的提取方法，其特点在于实现步骤如下：

设g_i(i＝1,2,3,4)为归一化通道响应增益因子并且g₂＝1，S_ln(σ,δ)和P_ln(σ,δ)为当连续四通道响应特性一致，即g₁=g₂=g₃=g₄=1时，束团的尺寸信号和位置信号，d_s和d_p为理论通道增益标定参数，σ为多阳极光电倍增管处光斑尺寸，δ为多阳极光电倍增管处光斑中心位置；

第一步，根据同步光成像特点，得到光电倍增管处光强分布Φ(x)，对Φ(x)进行积分得到与积分值呈正比的光电流I_i(i＝1,2,3,4)；

第二步，对光电流I_i(i＝1,2,3,4)进行对数处理，得到束团尺寸信号S_ln(σ,δ)和束团位置信号P_ln(σ,δ)；

第三步，在通道响应特性一致时，对S_ln(σ,δ)关于光斑尺寸σ线性拟合得到理想尺寸信号S_ln(σ)，对P_ln(σ,δ)关于光斑位置δ线性拟合得到理想位置信号P_ln(δ)；

第四步，在通道响应特性存在差异情况下，即当归一化通道响应增益因子g_i(i＝1,2,3,4)不全相等时，根据近似处理后位置信号随光斑位置δ的变化关系以及理想尺寸信号S_ln(σ)，计算得到通道增益标定参数和将计算结果代入修正公式得到修正尺寸信号和修正位置信号

第五步，计算通道增益修正后尺寸信号与理想尺寸信号S_ln(σ)之间的相对误差，修正后位置信号与理想位置信号P_ln(δ)之间的相对误差。

所述第一步中，根据同步光成像特点得到光电流I_i(i＝1,2,3,4)方法为：

多阳极光电倍增管为一维线阵，其每通道成像有效区域面积为0.8×16mm，通道宽度为1mm；同步光在水平或者垂直方向均呈现高斯分布，光斑尺寸范围为0.8～2mm。选择多阳极光电倍增管连续四个通道，将同步光垂直投射多阳极光电倍增管表面，所得光电流I_i(i＝1,2,3,4)正比于相应通道内光强度的积分，进一步化简，得到用误差函数表示的光电流I_i(i＝1,2,3,4)。

所述第二步中，根据光电流I_i(i＝1,2,3,4)计算得到束团尺寸信号S_ln(σ,δ)和束团位置信号P_ln(σ,δ)的方法为：

分别对光电流I_i(i＝1,2,3,4)进行对数运算，得到ln(I_i)(i＝1,2,3,4)，然后根据对数运算的特点，得到束团尺寸信号和位置信号的表达式。