[发明专利]一种基于宽带串行化的极窄束流信号峰值幅度提取方法

说明书

本发明涉及一种基于宽带串行化的极窄束流信号峰值幅度提取方法，包括：将第一电缆分别与电极探头和合路器相连，得到串行信号；将串行信号功分得到功分信号，为功分信号接上第二电缆；将第二电缆连接至数据采集设备，数据采集设备与外时钟信号相连；用移相器调节外时钟信号相位，记录采集到的功分信号波形；拼接出束流位置探测器电极的响应函数曲线；构建信号峰值幅度的函数关系式；对各电极信号实时采样，计算各电极对应的信号峰值幅度。采用本发明，减小了束流纵向相位和采样时钟抖动带来的影响，最大化利用了数据采集设备的通道数和采样率，降低数据采集的成本，同时提高了信号处理的质量，进而有效提高了极窄束流信号峰值幅度的测量精度。

技术领域

本发明涉及粒子加速器物理束流诊断技术，尤其涉及一种基于宽带串行化的极窄束流信号峰值幅度提取方法。

背景技术

电极型束流位置探测器被广泛应用于直线加速器的束流位置探测，以图1(a)所示的四电极条带型束流位置探测器(SBPM)为例，通常用四个电极的电压值进行差比和运算得到束流位置。因此，四电极的电压值提取精度直接影响了位置分辨率。

由于SBPM电极信号持续时间只有亚纳秒而且是宽频信号，典型信号如图1(b)所示，当前获取SBPM各个探头电极电压值的常用方法是窄带滤波再放大的方法，通过希尔伯特变换积分后得到电压值。而对于工作在高重频以及低电荷量的加速器来说，窄带滤波后信号幅度非常小，信噪比也会变得很糟糕，从而直接影响了电压分辨率。因此，宽带峰值采样再次成为可选方案之一。利用具有外时钟、电压分辨率较高的数字采集卡，将采样时钟调节到峰值点位置，进行单点采样，数字采集卡(ADC)的四个通道各采集一个电极信号，采集到的峰值点作为信号幅值进行计算。

然而，由于信号的持续时间非常短，导致束流有效信号的斜率比较大。加速器在运行过程中，束流纵向相位(到达时间)以及同步时钟会出现抖动，采集到的幅值会发生比较大的变化，从而会导致峰值检测结果存在较大误差，如图2所示。而极窄的信号持续时间会进一步放大采样时钟抖动以及束流到达时间抖动对峰值检测精度的影响，使峰值检测的误差增大。如果能够在一个信号周期中多采集几点，再进行峰值检测，会使得峰值提取精度改善很多，但是这会对数据采集设备有非常高的要求，尤其对于亚纳秒极窄脉冲来说，意味着采样率需大于几个GHz，成本非常高。

发明内容

为了解决上述现有技术中束流纵向相位以及时钟抖动导致测量结果存在较大误差且测量成本高的问题，本发明提供一种基于宽带串行化的极窄束流信号峰值幅度提取方法，以提高峰值测量精度。

本发明提供的一种基于宽带串行化的极窄束流信号峰值幅度提取方法，包括：

步骤S1，将N个不同延迟的第一电缆分别连接在束流位置探测器的若干电极探头上，并将所述第一电缆接入同一个N合一合路器上，得到一路串行信号；

步骤S2，将所述串行信号输入至一功分器，得到若干路相同的功分信号，并为每一路功分信号接上不同延迟的第二电缆，使得每个采样点处的各路功分信号有固定的相位差；

步骤S3，将所述第二电缆连接至数据采集设备，并将该数据采集设备与一外时钟信号相连；

步骤S4，用一移相器调节所述外时钟信号的相位以遍历单个电极信号波形，并记录每个采样相位下采集到的功分信号波形；

步骤S5，将采集到的功分信号波形按照采样相位顺序进行拼接，得到束流位置探测器电极的响应函数曲线；

步骤S6，根据所述响应函数曲线，构建出信号峰值幅度与各路功分信号采集值的函数关系式；

步骤S7，对各电极在束流通过探头时所激发的信号实时采样，并根据所述步骤S6中的函数关系式，计算出各电极对应的信号峰值幅度。

所述第一电缆的延迟时间为采样周期的整数倍。

所述功分器采用一分二功分器。