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粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法

闫路平 董岚 王铜 卢尚 韩圆颖 刘晓阳 张露彦 闫皓月 马娜 何振强 柯志勇 门玲鸰 李波 王小龙 梁静 罗涛

闫路平, 董岚, 王铜, 等. 粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202234.220447
引用本文: 闫路平, 董岚, 王铜, 等. 粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202234.220447
Yan Luping, Dong Lan, Wang Tong, et al. Calibration method of capacitance sensor for particle accelerator wire position measurement[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202234.220447
Citation: Yan Luping, Dong Lan, Wang Tong, et al. Calibration method of capacitance sensor for particle accelerator wire position measurement[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202234.220447

粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法

doi: 10.11884/HPLPB202234.220447
基金项目: 国家自然科学基金项目(12075264;11605216;11605215)
详细信息
    作者简介:

    闫路平,yanluping@ihep.ac.cn

    通讯作者:

    董 岚,dongl@ihep.ac.cn

  • 中图分类号: TL505

Calibration method of capacitance sensor for particle accelerator wire position measurement

  • 摘要: 在高能同步辐射光源中,为了提高磁铁的准直精度,采用磁中心代替机械中心进行磁铁标定,通过振动线或旋转线等技术获得磁铁的磁中心位置,以及通过电容式位移传感器测量得到丝线的位置,从而实现磁中心与准直靶标的关联。为了实现丝线位置的高精度测量,必须对电容传感器进行精确标定,因此介绍了一种电容式位移传感器,并对其标定方法进行了研究,提出了网格化的数据采集方式以及高阶多项式拟合的数据处理方法,搭建了传感器标定平台并开发了相应的标定控制程序,实现了对传感器的自动控制、数据采集和高精度标定过程。经过分析与对比,标定后的电容传感器达到μm级的位移测量精度,为磁铁的高精度准直提供了基础。
  • 图  1  振动线预准直单元测量系统

    Figure  1.  Vibration wire pre-collimation unit measurement system

    图  2  电容式位移传感器系统

    Figure  2.  Capacitive displacement sensor system

    图  3  电容式位移传感器工作原理图和工作曲线

    Figure  3.  Working principle diagram and working curve of capacitive displacement sensor

    图  4  差动式结构原理和工作曲线

    Figure  4.  Differential structure principle and working curve

    图  5  电容传感器的电路原理

    Figure  5.  The circuit principle of capacitance sensor

    图  6  鉴频器的输入输出

    Figure  6.  Frequency discriminator input and output diagram

    图  7  线位仪标定系统

    Figure  7.  wire position calibration system

    图  8  34901A多路复用器

    Figure  8.  34901A multiplexer

    图  9  水平和垂直方向上丝线位置与电压的关系

    Figure  9.  The relation between voltage and position of wire in horizontal and vertical

    图  10  WPS标定路线

    Figure  10.  WPS calibration route

    图  11  WPS标定处理程序

    Figure  11.  WPS calibration processing program

    表  1  第一阶段长期稳定性测试

    Table  1.   Phase I long term stability test

    the average methodPairwise cycle
    X/μmY/μmX/μmY/μm
    maximum deviation 1.6 6.2 3.8 7.3
    sensor 011 minimum deviation −2.5 −3.5 −2.9 −7.6
    standard deviation 0.8 1.7 1.0 2.2
    maximum deviation 3.6 5.7 4.4 10.7
    sensor 015 minimum deviation −3.2 −5.8 −4.1 −7.0
    standard deviation 1.5 1.9 1.9 2.9
    下载: 导出CSV

    表  2  第二阶段长期稳定性测试

    Table  2.   Phase II long term stability test

    the average methodPairwise cycle
    X/μm Y/μm X/μm Y/μm
    maximum deviation 5.6 6.9 10.6 7.4
    sensor 011 minimum deviation −2.2 −3.5 −12.3 −6.9
    standard deviation 1.0 1.3 1.5 1.9
    maximum deviation 1.7 5.7 2.2 7.5
    sensor 015 minimum deviation −1.5 −2.5 −2.0 −7.3
    standard deviation 0.7 1.7 0.9 2.4
    下载: 导出CSV

    表  3  第三阶段长期稳定性测试

    Table  3.   Phase III long term stability test

    the average methodPairwise cycle
    X/μm Y/μm X/μm Y/μm
    maximum deviation 5.9 6.1 4.5 6.5
    sensor 011 minimum deviation −3.6 −4.4 −4.7 −5.6
    standard deviation 1.0 1.6 1.0 1.9
    maximum deviation −2.6 4.7 2.9 6.8
    sensor 015 minimum deviation −2.7 −3.5 −3.5 −6.5
    standard deviation 0.7 1.4 0.9 1.9
    下载: 导出CSV
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    Wu Lei, Wang Xiaolong, Li Chunhua, et al. Theory and research overview of vibrating wire technique[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2013, 25(10): 2479-2486 doi: 10.3788/HPLPB20132510.2479
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  • 录用日期:  2022-06-10
  • 网络出版日期:  2022-06-13

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