LOG101對數放大器在BPM對數信號處理電子學(xué)中的應用

2004年9月A版

摘  要：本文采用LOG101對數放大器來(lái)實(shí)現對數比測量系統。

關(guān)鍵詞：束流測量；BPM；對數處理

 
BMP測量

　　加速器束流測量系統是加速器調試和運行的重要診斷手段，利用束流測量系統進(jìn)行各種束流參數的測量為機器研究和完善提供了重要依據，人們常稱(chēng)之為加速器的“眼睛”。主要的測量有：束流位置測量(BPM)、工作點(diǎn)測量、束團長(cháng)度測量、束流流強測量等。其中束流位置是加速器的重要參數之一，測量束流位置的最基本的方法是耦合出束流的電磁場(chǎng)。由于束流是一個(gè)電流，所以它產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。在高能束流的情況下，這些場(chǎng)是純橫電磁場(chǎng)(TEM)。如果束流偏離真空室中心，則耦合出束流的電磁場(chǎng)將被調制，由此可以得到束流位置信息。

　　通常，人們采用探測電極測量束流的電磁場(chǎng)。探測電極的感應信號是被束流調制的時(shí)域信號，其載波是束團的回旋頻率(對單束團而言)或高頻的RF頻率(對多束團而言)。傳統的束流位置探測電極是一對電極或兩對電極(在同時(shí)測量水平和垂直位置時(shí))。

　　圖1為具有束流的束流位置檢測器和真空室示意圖。為了分析方便，我們采用極坐標表示。這里，表示電極上某點(diǎn)的位置，表示束流的位置， 為真空室半徑，b為電極到真空室中心的距離，為張角。

　　在b接近時(shí)，采用靜電鏡象法可求解得電極上的壁電流密度為：

　　將上式展開(kāi)可得：

　　對于左右放置的兩個(gè)電極，其電流分別為：

　　如果用差比和(D/S)表示，則

　　+高次項

　　其位置靈敏度為：

　　如果用對數比表示，則高次項

　　由上面公式，通過(guò)BPM對數電子學(xué)，就可以計算出束流位置。

設計

　　從安裝在真空管道內的四個(gè)紐扣電極感應出的信號的波形如圖2所示。

　　這個(gè)信號的脈寬很小，為ns數量級，其頻譜很寬，能達到幾個(gè)GHz。

　　整個(gè)設計的方框圖如圖3所示。

　　這里所顯示的只是一個(gè)方向的位置測量。BPM需要測量?jì)蓚€(gè)方向的位置，即水平和垂直方向的位置，兩個(gè)方向的電路結構是完全一樣的。

　　在對數比方法中，對數比電路的輸出為：

 
　　在此用TI公司的對數放大器LOG101來(lái)實(shí)現。LOG101具有高精度(0.01% FSO Over 5 Decades)，寬動(dòng)態(tài)范圍(100pA~3.5mA)，低靜態(tài)電流(1mA)，寬供電范圍(