Многофункциональные цифровые интеграторы для прецизионных измерений магнитных полей в элементах ускорителей

• Автор: Павленко, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Индукционный метод в измерениях магнитных элементов

ускорителей

1.1. Измерение импульсных магнитов

1.1.1. Контроль величины и стабильности импульсного поля

1.1.2. Измерение пространственных характеристик поля в импульсных магнитах

1.2. Индукционный метод в измерениях магнитных элементов с постоянным полем

1.3. Обзор интегрирующих устройств для магнитных измерений

и требования к современному поколению интеграторов

Глава 2. Теоретические основы метода цифрового интегрирования
2.1. Точность приближения интеграла сигнала суммой дискретных отсчетов
2.2. Влияние шума электроники
Глава 3. Цифровые интеграторы УэОС2 и УбБСЗ
3.1. Аппаратная реализация метода цифрового интегрирования
с точной синхронизацией
3.2. Схемотехнические решения
3.2.1. АЦП
3.2.2. Входные цепи
3.2.3. Ключ и аналоговый фильтр
3.2.4. Цифровой узел и интерфейс
3.3. Параметры цифровых интеграторов УэВС2 и УбВСЗ

Глава 4. Современные системы магнитных измерений на основе
цифровых интеграторов УзБС2 и УбБСЗ
4.1. Измерения импульсных магнитных элементов на этапе разработки и производства
4.1.1. Структура универсального стенда для измерения импульсных магнитов
4.1.2. Применение универсального стенда в измерениях импульсных магнитов бустера N
4.2. Стационарные системы контроля стабильности импульсных полей на ускорительных комплексах
4.2.1. Система контроля импульсного магнитного поля в каналах перепуска бустера N
4.2.2. Модернизированная система контроля импульсных полей ВЭ1111-2000 и канала К-
4.3. Исследование методов подавления пульсаций ведущего поля на комплексе ВЭПП-4М
4.3.1. Измерение пульсаций ведущего поля ВЭПП-4М
4.3.2. Эксперименты по широкополосному подавлению пульсаций поля ВЭПП-
4.4. Прецизионные измерения постоянных магнитных полей
Глава 5. Способы уменьшения шумов при больших временах
интегрирования
Заключение
Приложение А. Критерии выбора фильтров с различной формой АЧХ .
Приложение Б. Расчет передаточной функции интегратора
Литература

Введение
В ускорительной технике магнитные элементы играют особую роль. Они определяют принципиальные параметры ускорительных установок, в связи с чем весьма жёсткие требования предъявляются к характеристикам магнитных полей в этих элементах. Несмотря на то, что вычислительные методы, применяемые при проектировании магнитов, достигли очень хорошего уровня, окончательный вердикт о соответствии предполагавшихся и полученных характеристик выносится на основании магнитных измерений. Большой комплекс таких измерений выполняется на этапе разработки магнитов, а далее — контролируется работа магнитов в штатном режиме на действующей установке.
Типичный диапазон полей в ускорительной технике лежит в интервале от сотен микро тесла до десятков тесла. Причем, зачастую определить характеристики полей необходимо с погрешностью лучшей, чем 10'4, а иногда и 10'5. Известно достаточно много методов, применяемых в магнитных измерениях, обладающих разными возможностями [1]. Из возможных методов наиболее удовлетворительным как по динамическому диапазону, так и по точности является индукционный метод. Этот метод, обеспечивая измерение как импульсных, так и квазипостоянных магнитных полей, обладает лучшими по точности характеристиками, чем измерения датчиками Холла и в отличие от ЯМР-метода, может применяться для работы с неоднородными полями.
Уникальность индукционных измерений объясняет активно проводимые работы по совершенствованию и аппаратуры, и способов измерений во многих ускорительных центрах и приборостроительных компаниях мира. Подтверждением сказанному является заметное количество докладов по этой тематике на регулярно проводимых международных совещаниях по магнитным технологиям и ускорительных конференциях [2, 3, 4]. Приведённые факты

вызванные дискретизацией. Действительно, выражение справа есть не что иное, как сумма спектральных компонент исходного сигнала на частотах, кратных частоте выборок Р$=/Тз. Компоненты сигнала с частотами Аг-ТД в результате дискретизации превращаются в компоненты с нулевой частотой, т.е. дают ошибочную добавку к Эшф). Наглядно этот процесс представлен на Рис.2.1.
На качественном уровне ошибку интеграла можно было предвидеть, исходя из теоремы Котельникова [35]: ведь если
сигнал не содержит спектральные компоненты, выходящие за Л/2, то он, а следовательно, и его интеграл, могут быть восстановлены абсолютно точно. Но, как видно из выражения (2.1), в данном случае требования к спектру сигнала несколько слабее: интеграл может быть получен абсолютно точно, если спектр сигнала не выходит за Л. Между тем, специализированная интерполяция отсчетов АЦП может в некоторых случаях заметно снизить ошибку интеграла. Однако, в общем случае даже самая
сложная постобработка дискретных отсчетов не в состоянии свести к нулю
методическую ошибку цифрового интегрирования, если спектр сигнала выходит за Л Именно по этой причине в Главе 1 сделано утверждение, что метод прямого цифрового интегрирования, применённый в приборе ГИ1 2056, несмотря на использование алгоритма трапецеидальной интерполяции отсчетов с учетом измеряемого времени прихода импульсов синхронизации относительно выборок АЦП, не позволяет измерять интегралы импульсных сигналов с хорошей точностью.
2Л • -Л/Ря
Рис.2.1. Пояснение к возникновению ошибки цифрового интегрирования.