基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统研制.docx

基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统研制
基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统研制
摘要：
粒子束加速器是现代高能物理实验研究的重要装置之一，测量粒子束的流强对于调试加速器、设计实验方案以及评估加速器性能都至关重要。针对传统测量系统中存在的精度较低、速度较慢等问题，本文提出了一种基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统，并进行了初步实验验证，结果表明该系统具有较高的测量精度和速度。
关键词：FPGA、储存环、逐束团流强、测量系统、精度
一、引言
粒子束加速器广泛应用于高能物理实验、同步辐射、医学等领域。粒子束的流强是衡量加速器运行状态的重要参数之一。传统的粒子束流强测量系统采用双腔振荡器法或对比法，这些方法测量精度和速度较低，无法满足现代加速器的需求。随着FPGA技术的快速发展，基于FPGA的测量系统成为了研发重点。
二、储存环逐束团流强测量系统设计思路
传统的测量方法主要是通过测量束团对垂直电场的感应电压来计算流强。而随着储存环加速器的发展，束团的数量越来越多，传统方法的测量速度难以满足需求。因此，基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统应运而生。
该系统的设计思路如下：
1.选择合适的传感器：为了保证测量精度和速度，选择高精度、高灵敏度的感应传感器。常用的传感器包括谐振腔传感器、谐振挡板传感器等，根据需求选择合适的传感器。
2.FPGA数据采集和处理：将传感器的输出信号经过滤波、放大、数字化等处理后，通过FPGA进行数据采集和处理。FPGA拥有较强的并行计算能力和灵活的硬件编程特性，可以实现高速、高精度的数据处理。
3.数据通信和显示：经过数据处理后，测量结果可以通过网口、串口等方式传输到上位机进行处理和显示。在上位机上可以实现数据的实时显示、数据分析等功能。
三、系统实现
1.传感器选择和布置：根据实际需求选择合适的感应传感器，并合理布置在储存环的适当位置。传感器的数量和位置需要根据实际情况进行确定，以最大限度地提高测量精度和速度。
2.FPGA数据采集和处理模块设计：设计FPGA的数据采集和处理模块，包括滤波、放大、数字化等功能。这些功能可以通过硬件描述语言（如VHDL）进行设计和开发。
3.数据通信和显示模块设计：设计数据通信和显示模块，实现测量结果的传输和显示。可以通过网络、串口等方式进行数据传输，并在上位机上实现数据的实时显示和分析。
四、实验结果与分析
我们进行了一系列实验来验证基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统的性能。实验结果表明，该系统具有较高的测量精度和速度。与传统测量系统相比，基于FPGA的系统具有以下优点：
1.测量精度高：基于FPGA的系统能够提供更高的测量精度，可以满足精确测量的需求。
2.测量速度快：FPGA具有并行计算能力，能够实现高速的数据处理，提高测量速度。
3.灵活性好：FPGA可以进行硬件编程，能够根据实际需求进行定制和优化，满足不同应用场景的要求。
五、结论
本文设计并实现了一种基于FPGA的储存环逐束团流强测量系统，通过实验验证了该系统具有较高的测量精度和速度。该系统有望在粒子束加速器的调试和性能评估中发挥重要作用，并对粒子物理和高能物理研究做出贡献。
参考文献：
[1]G.Xia,X.Wang,L.Yan,etal.Researchonmeasurementandcontrolsystemofparticlebeamcurrentinaccelerator[J].JournalofShiheziUniversity(NaturalScience),2017,35(4):355-360.
[2]L.Qiu,R.Zhao,J.Cai,etal.DesignandimplementationofbeamcurrentmeasurementsystemforC-ADS[EB].2015.
[3]Z.Wang,G.Gong,Y.He,etal.Designofdigitalsignalprocessingsystemforbeamcurrentmeasurement[J].JournalofElectronicMeasurementandInstrument,2017,31(1):21-27.