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太赫兹波在飞行器等离子体鞘套中的传输特性
耿兴宁, 徐德刚, 李吉宁, 陈锴, 钟凯, 姚建铨
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190291
[摘要](68) [HTML全文](44) [PDF 1131KB](6)
摘要:
针对临近空间飞行器的黑障问题,根据模拟的RAM C-III飞行器周围的流场分布结果,计算了等离子体电子密度和碰撞频率,并根据其分布建立了非均匀的等离子体模型。在此基础上,利用散射矩阵方法分析了太赫兹波在等离子体中的传输特性随着等离子体密度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率的变化以及外加磁场对传输特性的影响。结果表明,太赫兹波的传输损耗随着等离子体电子密度和等离子体厚度的增加而增加,而碰撞频率的增加会使得透射率先减小后增加。在外加磁场的作用下,左旋太赫兹波的传输特性会得到改善;而对于右旋太赫兹波,磁场的施加会引入吸收峰,并且随着磁感应强度的增加向高频方向移动。
空腔中B-dot低频特性的硬件补偿
卫兵, 康军军, 王杰, 付佳斌, 傅贞, 丰树平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190309
[摘要](39) [HTML全文](22) [PDF 703KB](0)
摘要:
针对在空腔中的微分环(B-dot)探头输出信号存在低频增益的问题,分析了目前使用的“磁通穿透特征时间常数”一阶修正方法,提出了使用适当积分常数的积分器进行补偿的方法。对安装在同轴线及径向线电极孔中的B-dot进行实验,结果表明:当积分器的积分时间常数等于磁通穿透特征时间常数时,B-dot的测量结果与标准电流信号吻合。因此这也是空腔中的B-dot探头选取积分器的原则。该方法使用硬件直接获取了补偿后的测试结果,与软件修正方法比较操作较为简便。
基于PANDA平台的光机部件随机振动响应分析
王柯颖, 范宣华, 陈学前, 牛红攀
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB201931.190269
[摘要](33) [HTML全文](26) [PDF 1653KB](0)
摘要:
基于PANDA自主并行计算平台,采用模态叠加法开展了多点基础激励作用下的随机振动响应分析算法设计和并行实现研究,构建了相应的并行求解模块。针对光机装置打靶样机中的六自由度平台结构,基于自主研发的软件模块,分析了该结构的模态特性及结构在地脉动载荷下的微振动响应,并与试验结果及商业软件分析结果进行了比对,在模态频率、振型和位移响应方面,都具有较好的一致性,验证了相关软件模块的正确性和PANDA平台在实际工程结构分析中的可用性。
1.3 GHz超导腔的掺氮实验
董超, 沙鹏, 刘佰奇, 李中泉, 杨际森, 王洪磊
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190141
[摘要](50) [HTML全文](45) [PDF 712KB](0)
摘要:
为了大幅度提高纯铌超导腔的品质因数,从而降低其使用功耗,选择对超导腔进行高温氮掺杂处理。立足国内外大型加速器的需求,中国科学院高能物理研究所首先开展了1.3 GHz 1-cell超导腔的研究,包括常规处理以及氮掺杂实验,并且对掺杂前后的结果进行了分析、对比。结果表明,通过掺氮,两只1.3 GHz 1-cell细晶粒纯铌超导腔的品质因数均获得了显著提升,同时在超导腔低温垂直测试中观察到了比较明显的反常的品质因数随加速梯度变化的曲线,即“anti-Q-slope”现象。
泵浦匀化对Innoslab激光放大器光束质量改善研究
何涛, 陈小明, 鲁燕华, 张彬, 徐浏, 叶先林, 许夏飞
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB201931.190277
[摘要](25) [HTML全文](23) [PDF 1164KB](0)
摘要:
针对结构紧凑的部分端面泵浦混合腔板条激光放大器,研究了泵浦匀化对其输出激光光束质量的改善作用。基于ZEMAX仿真软件,设计并对比分析了直接成像和波导匀化后再成像两种泵浦耦合方式对激光二极管阵列慢轴(晶体宽度)方向光强分布均匀性的影响,发现波导匀化后泵浦均匀性得到明显提升且激光二极管阵列发光坏点对泵浦成像的影响得以弱化。进一步通过实验验证了泵浦匀化对Innoslab激光放大器性能的改善作用:波导匀化后慢轴方向泵浦均匀度从90.6%提高到95.4%,进而使3通放大后输出激光光束质量M2因子从2.41提升到1.55,并且有效抑制了多通放大腔内的自激振荡。
基于激光雷达的垂直能见度反演算法及其误差评估
宋海润, 王晓蕾, 李浩
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB201931.190250
[摘要](48) [HTML全文](24)
摘要:
针对大气垂直方向上消光系数分布不均匀难以用传统方法直接测量垂直能见度的问题,提出了一种基于激光雷达探测垂直能见度的计算方法。根据大气辐射传输基本原理,借助于辐射传输方程,推导出了垂直能见度的计算公式;然后利用激光雷达原理方程和Klett算法反演出大气垂直方向上的消光系数分布,基于此提出了垂直能见度的迭代算法。最后,利用灰色模型GM(1,1)和批统计算法,对激光雷达反演得到的后向散射系数进行了评估,给出了误差置信区间为(0.760±0.339)×10−4(srad·km)−1。通过对垂直能见度迭代算法加以应用分析和激光雷达反演数据进行评估处理,结果表明,该方法是一种特别有效的计算垂直能见度的方法,符合探测的基本需求,且误差小,精度高。
高性能强流脉冲电子束源关键技术研究
荀涛, 杨汉武, 张军, 刘列, 张建德
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190375
[摘要](24) [HTML全文](28) [PDF 1689KB](0)
摘要:
强流脉冲电子束源是高功率微波系统的核心部件之一,针对未来应用需求,亟需从绝缘、束流输运和热管理等多个方面提升强流束源技术性能。介绍了国防科技大学在高功率微波源用强流真空电子束源方面的研究进展。针对高功率微波管保真空需求,基于陶瓷金属钎焊,设计并研制了一种强场陶瓷真空界面,耐压大于600 kV、平均绝缘场强达到44 kV/cm、耐受脉宽大于80 ns,重复频率运行稳定;研制了一种基于SiC纳米线的强流电子束源冷阴极,在90 kV/cm的场条件下获得了1.17 kA/cm2的束流密度,相比传统天鹅绒阴极,SiC纳米线阴极的宏观电稳定性、发射均匀性及运行寿命均得到显著提高;针对相对论返波管,研制基于螺旋水槽型的强流电子束收集极,克服了高比能和低流速的矛盾,耐受热流密度达到1012 W/m2,能够满足系统长脉冲、高重复频率运行要求。
各向异性堆叠结构环氧树脂复合材料的热防护性能分析
李佳蓬, 夏岚松, 张平, 刘东
当前状态:  doi: 10.11884/hplpb201931.190342
[摘要](29) [HTML全文](32) [PDF 741KB](0)
摘要:
基于导热-隔热原理,通过在环氧树脂(Epon)中添加质量分数为5%,15%,25%的六方氮化硼(h-BN)作为填料制备环氧基散热层,质量分数为1%的膨胀蛭石(E-ver)作为填料制备环氧基隔热层,设计了宏观交替堆叠的环氧复合材料,并进行了热防护性能的研究。研究结果表明:具有各向异性结构的复合材料,顶部中心温度较传统材料的温度下降13~16 ℃,热延迟时间大大提升,并随着h-BN含量的增加,热性能得到明显改善。理论分析了该堆叠结构下复合材料“横向散热、纵向抑热”的机理。
超宽带脉冲环境下射频滤波器非线性响应分析
陆希成, 邱扬, 武静, 田锦, 杨志强
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190355
[摘要](128) [HTML全文](32) [PDF 776KB](0)
摘要:
实验研究发现,射频滤波器在连续波和超宽带脉冲条件下其带外传输性能基本一致,但在带内某些频段,超宽带脉冲环境下滤波器的传递函数远大于1。此外,滤波器在超宽带脉冲下的时域响应还出现了脉冲振荡特征。针对这些现象,从滤波器的非线性无源互调和Q值效应的两个方面,分析了滤波器在超宽带脉冲作用下的响应机理,初步解释了上述现象。此外,通过不同辐射场强下的测量结果可知,滤波器无源互调还出现了非线性现象,使得测量结果的普适性受到一定限制。基于传递函数的预测结果表明,连续波测量结果的预测波形无论是从能量上还是从峰值功率上都明显小于实测结果。这些都反映出,滤波器在超宽带脉冲环境下的响应机理与在连续波环境下的响应机理明显不同,其预测结果也差异较大。也就是说,连续波测量结果不可用于超宽带脉冲的效应分析和评估。
新型电机驱动充电一体化分析与研究
张耀文, 张政权, 刘庆想, 欧伟丽
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190283
[摘要](16) [HTML全文](18) [PDF 883KB](0)
摘要:
提出了一种基于AC-link的新型电机驱动充电一体化拓扑结构,可以满足电机驱动控制和充电两种工作模式。该拓扑正向工作时驱动电机为电机驱动控制状态、反向工作时给蓄电池充电为充电状态。首先对该新型拓扑结构两种工作模式的工作原理进行详细介绍,采用有效的控制策略并使用Simulink软件搭建仿真模型,对一体化拓扑结构和控制策略进行验证,仿真结果表明,该拓扑工作在充电模式时可以满足电池全部充电阶段的不同电压需求;工作于电机驱动模式,无论是加速过程还是正常工作过程,定子电流均呈现良好的三相正弦形态,并且转速可以达到给定值,从而证明了这种拓扑结构和控制策略的可行性。
枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响
车英东, 赵伟康, 王志增, 田文, 孔佑军, 袁伟群, 严萍
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190370
[摘要](21) [HTML全文](37) [PDF 1001KB](0)
摘要:
在脉冲大电流直线驱动装置中,电枢和轨道的接触状态会改变电枢起动特性,而电枢起动过程将直接影响整个发射系统的效率和寿命,因此有必要对电枢起始阶段的滑动接触状态进行研究。本文搭建发射实验平台,通过高速相机观察电枢起动状态,并结合有限元软件 ANSYS,对电枢的预紧力、初始接触状态以及电磁力、电流密度进行仿真分析,研究电枢表面形貌对电枢起动的影响。结论表明:开槽电枢增加了电枢本身的柔顺性,使得预紧力增大,同时由于电流趋肤效应使得电流密度分布更加均匀,从而电磁压力增大,电枢起动变慢,接触电阻变小。实验和仿真结果对于改善电枢起动过程的接触状态,减轻烧蚀具有重要意义。
一种小型化高功率微波辐射场功率密度测试系统
张翠翠, 王益, 王建忠, 何斌, 于明媚
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB201931.190351
[摘要](20) [HTML全文](21) [PDF 1054KB](0)
摘要:
为解决现有高功率微波辐射场功率密度测量系统测量环节多、系统复杂以及长电缆无法适应复杂电磁环境测量等问题,研制了一款小型化、一体化辐射场功率密度测量系统。系统采用天线-耦合器-转换器作为接收前端,后端采用同轴信号处理单元,在屏蔽箱内完成信号衰减、功率探测及电光转换,可实现系统远程测量与监控,可用于连续波、单次脉冲、连续脉冲辐射场功率密度测量。同时,系统采用模块化校准,可有效降低测量系统不确定度。该系统具备30 dB动态,最小可测脉宽50 ns,可测辐射场功率密度100 MW/m2,系统结构紧凑,简便易携,采用光纤传输,抗电磁辐射,可实现X波段GW级高功率微波辐射场功率密度快速测量。
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1 MV X光机系统可靠性实验研究
马成刚, 李洪涛, 邓明海, 曹宁翔, 莫腾富, 王晓, 张志强
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190378
[摘要](53) [HTML全文](75) [PDF 611KB](0)
摘要:
参考“天蝎-Ι”原型机,重新设计了1 MV X光机系统,根据技术指标可靠性要求,对Marx发生器、场畸变开关、脉冲传输线、脉冲形成线及二极管等进行了可靠性设计。针对新设计的1 MV X光机系统,对其可靠性进行了实验研究,包含1 MV X光机系统的时间抖动和出光剂量稳定性等,根据调试实验结果制定1 MV X光机系统操作规程,按照规程对1 MV X光机系统进行了可靠性考核,连续工作81发次,最大时间抖动为146 ns,剂量为0.75~1.40 R @1 m,满足总体技术指标要求,可靠度达到98%。
纳秒脉冲下变压器油两相流注放电仿真研究
王琪, 王萌, 王珏, 严萍
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190380
[摘要](74) [HTML全文](93)
摘要:
为揭示液体电介质击穿过程中形成的气体放电通道对液体电介质放电过程的影响,以针—板电极间隙变压器油为研究对象,基于等离子体流体力学模型,引入了液体电介质放电过程中气相放电通道对电离机制及自由电荷迁移率的影响,建立了用于模拟脉冲电压下液体电介质放电过程的两相流体模型,仿真研究了纳秒脉冲下针板电极流注放电的起始与发展过程。仿真结果表明:采用Heaviside方程可以在模型的不同区域同时实现气相物理过程和液相物理过程的模拟与计算。气相物理过程的引入导致流注尾部电场显著降低,流注头部电场进一步增强,使流注通道的发展速度要高于传统液相模型,有助于加深对纳秒脉冲下液体电介质中预击穿流注的起始、发展过程的认识和理解。
GaAs-PCSS多通道同步导通条件实验研究
刘毅, 谌怡, 夏连胜, 王卫, 叶茂, 张篁
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190328
[摘要](35) [HTML全文](43)
摘要:
砷化镓光导开关(GaAs-PCSS)是具有快响应、高重频、低抖动、高功率容量的半导体光电导开关,多通道设计能够有效降低GaAs-PCSS非线性大电流导通时的损伤,提高开关寿命。为探究GaAs-PCSS多通道同步导通的必要条件,在基于固态脉冲形成线的实验平台上,通过特殊设计的夹具,将多枚GaAs-PCSS并联连接以作为脉冲形成电路的开关,以对各GaAs-PCSS施以不同的触发信号进行测试。实验结果证明:相同触发信号下,开关导通电流被成功地均分到4个GaAs-PCSS通道中;不同触发信号下,为获得较好的电流均分效果,各通道触发延迟时差须小于1 ns,触发能量差须小于20 μJ。设计了分体式、单体式两种结构的多通道GaAs-PCSS,其中基于刻蚀工艺的单体式20通道GaAs-PCSS在7000余次大电流工作后仅发生轻微损伤。
激光触发伪火花开关的研究
周亮, 张明, 孙承革
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190094
[摘要](84) [HTML全文](294) [PDF 1038KB](2)
摘要:
通过等离子体建模仿真及物理实验结合的方式验证了激光触发伪火花开关的可行性。分别使用波长266 nm和532 nm的激光,对激光触发伪火花开关的最低激光触发能量、阳极着火延迟时间和时间跳动三项参数进行测试。在非聚焦模式下,仅调整激光能量,测得开关在波长266 nm激光触发下,最低触发能量为15 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为340 ns,时间跳动约为40 ns;在波长532 nm激光触发下,最低触发能量为83 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为420 ns,时间跳动约为60 ns。在维持实验平台不变的情况下,仅对入射激光进行聚焦,测得波长266 nm激光触发下,最低触发能量为4 mJ,当触发能量8 mJ时,阳极着火延迟时间190 ns,开关时间跳动小于1 ns;波长532 nm激光触发下,最低触发能量为6 mJ,当激光触发能量为8 mJ时,阳极着火延迟时间240 ns,开关时间跳动小于1 ns。
4 MV/80 kA IVA型脉冲X射线照相装置研制进展
魏浩, 尹佳辉, 张鹏飞, 孙凤举, 邱爱慈, 梁天学, 曾江涛, 姜晓峰, 王志国, 孙江, 刘文元, 呼义翔
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190331
[摘要](94) [HTML全文](111)
摘要:
介绍了西北核技术研究院研制的4 MV脉冲X射线闪光照相装置(“剑光二号”)系统组成和实验结果。装置基于感应电压叠加器(IVA)驱动阳极杆箍缩二极管(RPD)技术,主要由前级脉冲功率源、感应电压叠加器和RPD等组成。前级脉冲功率源由两台3.2 MV低电感Marx发生器和四路同轴水介质线组成。每台Marx同时给两路脉冲形成线(特征阻抗6 Ω、电气长度30 ns)充电,充电峰值时间约370 ns。每路水介质线采用两级脉冲压缩,为感应腔馈入约1 MV/160 kA/60 ns电脉冲。电触发SF6气体开关、自击穿水开关分别用作主同步开关和脉冲陡化开关。感应电压叠加器采用四级1.5 MV感应腔串联,每级感应腔采用单点馈入结构。次级采用真空绝缘传输线实现电压叠加和功率传输,特征阻抗由30 Ω线性增大至120 Ω。采用4 MV电压下综合性能较优的RPD来产生强脉冲X射线。装置目前达到技术指标:输出电压4.3 MV、脉冲前沿(10%~90%) 21 ns、半高宽约70 ns、二极管电流85 kA,X射线半高宽约55 ns,整机延时(从Marx触发器输出到X射线产生)约749 ns,标准偏差约7 ns。当RPD阳极采用直径2 mm钨针时,正前方1 m处剂量约15.5 rad(LiF),正向焦斑约1.4 mm。
金属基底对石墨烯薄膜阴极气体击穿稳定性影响
王刚, 刘胜, 潘亚峰, 范红艳
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190297
[摘要](73) [HTML全文](53) [PDF 961KB](2)
摘要:
利用石墨烯二维材料极好的场发射能力和发射稳定性,提出了石墨烯阴极提高气体开关击穿稳定性的技术路线。采用化学气相沉积法和基底腐蚀转移法两种方法制备金属基底石墨烯薄膜阴极。利用扫描电子显微镜和拉曼光谱表征了石墨烯薄膜阴极质量,确认了石墨烯层数和均匀性。实验研究了两种石墨烯薄膜阴极气体开关,在微秒脉冲均匀电场作用下的击穿特性,获得了击穿电压幅值和分散性的变化规律。结果表明:当气体为0.6 MPa N2、电极间距为5 mm时,铜基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压为85.9 kV,相对标准差为3.2%;不锈钢基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压仅为59.8 kV,相对标准差为2.4%。当两种阴极击穿电压均为80 kV时,相对标准差比较,不锈钢基底仅为铜基底的44%。分析认为,不锈钢基底石墨烯薄膜质量优于铜基底,石墨烯薄膜导致阴极表面微观场增强因子更高,表面分布更均匀,在电场作用下场致发射产生均匀稳定的大量初始电子流,降低了气体开关击穿电压,有效提高了击穿稳定性。
“聚龙一号”4层绝缘堆和真空区电路模拟方法
毛重阳, 薛创, 肖德龙, 丁宁
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190330
[摘要](117) [HTML全文](50) [PDF 588KB](0)
摘要:
建立了“聚龙一号”驱动器4层绝缘堆和真空区电路模型。在4层绝缘堆入口处,采用预测−校正的计算方法处理4层绝缘堆的输入电流分配问题,避免了复杂的二维电路模拟,既保证了精度,又大大提高了计算效率。将此新模型加入FCM-PTS程序中,与零维负载内爆动力学程序耦合,得到了各层外磁绝缘传输线的电流波形模拟结果,并改善了负载电流峰值的模拟结果与实验结果的一致性。
一种脉冲电流工况下晶闸管缓冲电路的优化方法
仝玮, 李华, 傅鹏, 王琨, MahmoodUl Hassan, 宋执权
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190280
[摘要](107) [HTML全文](85) [PDF 1017KB](2)
摘要:
对脉冲工况下超导磁体失超保护系统的晶闸管阀组缓冲回路参数进行设计和优化。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型建立了晶闸管关断时刻的电流数学模型。通过测试实验获得关键参数之间的关系并结合晶闸管性能及系统要求在Matlab中建立晶闸管电流反向恢复模型。考虑关断时刻电流下降率、反向恢复电压峰值等性能指标要求及回路研制费用,提出了一种脉冲工况下晶闸管缓冲回路的参数设计及优化方法。在Matlab中搭建失超保护系统模型,对比优化前后缓冲回路对系统在晶闸管关断时刻电气性能的影响,仿真结果显示,相比于原参数,最优参数下,反向恢复电压峰值降低了11%,反向恢复电压变化率峰值降低了43%。同时,回路制造成本降低为原先的1/7。
三电极气体火花开关导通电流及其电磁辐射特性
邱永峰, 卞立安, 刘柱, 肖培, 蒋建辉, 李高升, 杨建华, 刘金亮
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190326
[摘要](48) [HTML全文](71)
摘要:
针对三电极气体火花开关工作时产生的强电磁辐射,首先对开关的导通电流及其电磁辐射进行了理论分析,利用CST电磁仿真软件对气体火花开关开展了静电场仿真研究,分析了开关短程导通时的击穿场强;其次对三电极气体火花开关的导通电流和远场辐射场强进行了实验测量,对实验结果进行分析和总结;最后采用电磁屏蔽方法对开关的强电磁辐射进行了有效抑制。研究结果可以为有关脉冲功率装置的电磁辐射及防护提供参考和借鉴。
纳秒脉冲放电处理有机染料废水的实验研究
仇聪颖, 管显涛, 刘振, 朱安娜, 闫克平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190390
[摘要](59) [HTML全文](52)
摘要:
随着印染行业的快速发展,印染废水的排放与日俱增。由于废水中的有机物具有成分复杂、难以降解的特点,若未经有效处理直接排放,会对生态环境造成严重的污染和危害。试验设计了一种多针-网式反应器循环处理有机组分为酸性红73(AR73)的模拟废水,其采用自行设计的基于TLT(Transmission Line Transformer)的高压重频纳秒脉冲电源驱动。电源可以产生峰值电压为50 kV,脉宽40 ns,上升沿20 ns的纳秒脉冲信号,工作频率可达500 Hz。试验考察了峰值电压、放电频率、染料初始质量浓度及作用时间等因素对AR73降解效果的影响。为评价处理效果,采用紫外分光光度法分别测量了废水中剩余染料浓度、过氧化氢浓度等指标。结果表明,在初始浓度30 mg/L,循环流量3.4 L/min,放电间距30 mm,峰值电压44.26 kV,放电频率200 Hz条件下处理30 min,AR73降解率可以达到83.20%,单次脉冲注入能量为11.73 mJ,过氧化氢浓度为47.36 μmol/L,反应器脱色能效(G50)可以达到31.07 g·kW-1·h-1。增大放电电压可以进一步提高AR73降解率,溶液中活性物质浓度提高,但是能量效率有所下降。
单级电磁感应线圈发射器温升研究
熊敏, 张亚东, 龚宇佳, 张虎
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190300
[摘要](74) [HTML全文](62)
摘要:
同步感应式线圈型电磁发射器主要采用脉冲电流对线圈直接供电,其实际工作过程中电枢和线圈会产生温升,这是当前制约线圈发射器向小型化、高速发展的一个主要因素。本文通过建立电磁线圈的温升模型,对于单次触发的情况,分别利用Comsol和自编程序Coilgun进行计算,并搭建相应的试验平台进行验证。采用直接耦合方式的Comsol计算结果最为准确,也能考虑材料参数随温度的变化。仿真得到电枢的温升大约为4.2 ℃,线圈最大温升为7.7 ℃。由于热电偶温度传感器的测量延迟性与采样频率的限制,电枢温度试验曲线未能测量到仿真曲线中出现的温度最大值点,可记录到整个试验过程中温度变化曲线,其变化形势以及最终稳定的温度与仿真的基本一致,误差最大为6.1%,说明了仿真的准确性。为后续进行多级线圈连续发射奠定基础。
FLTD三电极场畸变气体开关寿命特性
李颖, 靳建伟, 陈立, 孙凤举, 李兴文, 王志国, 姜晓峰, 吴坚, 李鹏辉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190339
[摘要](45) [HTML全文](52)
摘要:
针对设计的一种场畸变气体开关,研究中间电极材料分别为不锈钢和黄铜条件下的烧蚀特性,结合开关寿命期间静态与触发特性的变化规律,获得决定开关寿命的关键因素,为三电极场畸变气体开关的性能优化提供理论支撑。研究结果表明,采用不锈钢和黄铜作为中间电极的烧蚀区域以及表面粗糙度均随着放电次数增加而增大,黄铜电极烧蚀较为严重且表面有明显的烧蚀圆斑,不锈钢电极则具有更高的表面粗糙度,阴阳极表面烧蚀存在明显差异,随着放电次数的增加,击穿点向电极边缘区域集中,影响开关的沿面绝缘特性,是导致开关寿命终结的主要原因。
电磁弹射灭火弹消防系统研究
张亚东, 熊敏, 董明洋, 林雄
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190304
[摘要](77) [HTML全文](102)
摘要:
首先介绍了我国严峻的火灾形势,阐明现有气动和火箭发射灭火弹装置的研究现状,针对射程不足、火工品使用限制等问题,提出采用电磁线圈发射器发射灭火弹进行灭火,基于电流丝模型法设计了一种10级线圈发射器模型,以脉冲电容器作为初始能源,采用续流电路对线圈进行时序放电,可将7.2 kg抛体加速至最高速度171 m/s,出口速度154 m/s,发射效率达15%,分析表明现有电磁线圈发射器能够满足灭火弹的发射需要。提出一种智能化无人电磁弹射灭火弹消防系统,智能指挥控制系统利用无人机采集火场信息,制定灭火策略,指挥无人电磁发射灭火车发射灭火弹实现精准高效灭火,根据灭火效能评估结果调整灭火方案,直至完成灭火任务。
分布储能式电磁轨道炮效率分析
温艳玲, 戴玲, 祝琦, 王少杰, 林福昌
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190332
[摘要](59) [HTML全文](55)
摘要:
分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。
基于分数比可饱和脉冲变压器的全固态脉冲驱动源初步研究
陈绒, 杨建华, 程新兵, 钱宝良
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190327
[摘要](171) [HTML全文](244) [PDF 1297KB](6)
摘要:
设计了一台基于分数比可饱和脉冲变压器的全固态脉冲驱动源,其核心部件为分数比可饱和脉冲变压器,用来实现固态磁开关、脉冲调制、电压升压等功能,再借助Marx技术、磁开关技术和反谐振网络调制技术建立全固态脉冲驱动源,初步实验结果表明当直流电源提供100 V的充电电压时,该全固态脉冲驱动源可输出14.4 kV左右的准方波信号,脉宽约194 ns,验证了该技术方案实现输出百纳秒准方波信号的可行性,为建立百MW长脉冲信号输出的全固态脉冲驱动源模块提供了设计思路。
快速关断半导体开关工作特性及实验研究
王淦平, 李飞, 金晓, 宋法伦, 张琦
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190298
[摘要](134) [HTML全文](125)
摘要:
介绍了快速关断半导体开关(DSRD)的工作原理,研究了开关内部的物理过程,分析了系统参数对开关输出特性的影响,研究发现:基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快;基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压;考虑各参数的影响,基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件;缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲,当正向泵浦时间小于200 ns时,输出脉冲波形基本不变;为了获得理想的脉冲前沿,反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路,研制了基于DSRD的快脉冲产生系统,输出脉冲前沿约4 ns,电压约8 kV,电压上升速率约2 kV/ns,满足FID开关器件对触发电压的要求。
PSM高压电源干式变压器的热分析计算
夏于洋, 李青, 毛晓惠
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190294
[摘要](71) [HTML全文](64) [PDF 829KB](1)
摘要:
多绕组干式整流变压器作为托卡马克装置加热系统中高压电源的一个重要设备,其性能优良与否直接关系到高压电源的输出品质。开展变压器的功率损耗与散热分析研究,减少变压器因温度上升造成的性能影响,对保证变压器的良好工作状态是十分重要的。通过MATLAB对干空气下的比热容、传热系数等热物理性质与温度的关系进行拟合分析,得到相关的关系方程,对变压器的对流传热与热辐射进行分析计算,得到仅在空气自然对流和热辐射的情况下,不能使变压器的温度控制在满足性能的温度范围之内。在强迫空气对流的情况下,实现了变压器良好的散热。进一步利用ANSYS对变压器的温度场分布进行分析,利用温度场的分布趋势图观察强迫风冷相对于自然冷却的优点,强迫风冷降低了整体的温度,使热量更快地散发到周围大气中,减少了变压器受高温的危害。
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 本期封面及目录
《强》刊2019年第12期目录
2019, 31: 120000.  
[摘要](66) [HTML全文](75) [PDF 1054KB](13)
高功率激光与光学
飞秒脉冲测量过程的光路精确调节理论分析研究
申淼, 夏彦文, 董军, 张波, 孙志红, 卢宗贵, 元浩宇
2019, 31: 121001.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190165
[摘要](131) [HTML全文](318) [PDF 1044KB](7)
摘要:
针对单发次飞秒激光脉冲波形的测量,入射光夹角和晶体的偏转姿态是光路精确调节中的关键影响因素,为了精确描述入射光夹角和晶体的偏转与输出自相关信号的关系,我们对和频过程进行理论分析和推导。文中对入射光夹角的取值范围进行数学推导和计算,并定量分析了输出的自相关信号与晶体的姿态的关系。结果表明,要满足位相匹配条件,入射夹角存在一个最小值为30.114°;产生的自相关信号输出方向对晶体的转动姿态不敏感,输出强度对参与耦合的两入射光束的夹角敏感;对晶体的转动姿态容量较大,且晶体越薄越不敏感;自相关信号的时间分辨力由晶体内参与耦合的两入射光束的夹角决定,改变晶体外的夹角不会改变时间分辨力。
金属和玻璃胶合体热膨胀仿真及实验验证
李国会, 徐宏来, 向汝建, 杜应磊, 吴晶, 向振佼, 张越
2019, 31: 121002.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190272
[摘要](72) [HTML全文](73) [PDF 1339KB](4)
摘要:
仿真分析了热膨胀系数不同的金属和玻璃胶合体在不同温度下的形变,同时使用热膨胀仪测试了不同金属的热膨胀系数,随后,将热膨胀系数不同的金属分别与相同材料的玻璃进行胶合,最后将胶合体置于半封闭空间并对其整体进行加热,采用哈特曼波前测试系统测试胶合体的形变。结果表明,胶合体的仿真数据和实验数据基本吻合。该仿真与实验结果,对不同材料属性的胶合体在热膨胀匹配设计方面具有一定的指导意义。
高功率微波
新型负耦合结构在基片集成波导滤波器中的应用
刘庆, 吕大龙, 卞晨阁, 周东方
2019, 31: 123001.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190189
[摘要](70) [HTML全文](56) [PDF 956KB](5)
摘要:
针对高性能交叉耦合基片集成波导带通滤波器的应用,提出一种新型负耦合结构,该耦合结构由两个短路耦合线设计实现,并详细分析了其特性,能够实现较弱或较强的负耦合。总结了基于特征多项式的耦合矩阵综合优化方法,并通过两个滤波器的设计进行说明。基于综合得到的两个耦合矩阵,设计了两个中心频率为10 GHz的四阶交叉耦合基片集成波导带通滤波器,第一个滤波器的归一化相对带宽为3%,负耦合结构提供交叉耦合,用于说明该耦合结构提供相对较弱的耦合强度;第二个滤波器的相对带宽为8%,负耦合结构提供主耦合,用于说明该耦合结构提供较强的负耦合强度。为了验证滤波器的实际性能,对这两款滤波器进行了加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该负耦合结构用于高性能交叉耦合基片集成波导滤波器设计的可行性。最后讨论了弱色散交叉耦合对传输零点位置的影响。
W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计
王哲远, 王峨锋
2019, 31: 123002.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190367
[摘要](88) [HTML全文](82) [PDF 1108KB](7)
摘要:
输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE10模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE02模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。
一种用于预失真线性化器的宽带匹配技术
汪永飞, 韩培胜, 胡卿, 陈欣鹏, 周东方
2019, 31: 123003.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190128
[摘要](52) [HTML全文](54) [PDF 865KB](3)
摘要:
由于放大链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异,预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配,即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。由于预失真器和放大器之间的非线性失配,放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发,讨论了预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响,当增益失配误差不大于1 dB时,在行波管放大器自身的三阶交调值不大于40 dB的非线性动态范围内,三阶交调下降幅度最大值为4.1 dB;通过采用级联增益补偿电路的方式,降低链路增益波动,实现预失真器和放大器的非线性匹配,真正拓展预失真线性化器的工作带宽。
Ku波段微波单片集成电路6位数字衰减器设计
周守利, 张景乐, 吴建敏, 周赡成, 程元飞
2019, 31: 123004.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190049
[摘要](61) [HTML全文](58) [PDF 730KB](3)
摘要:
基于GaAs 0.25 μm增强/耗尽型(E/D)赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,研制了一款Ku波段6位数字衰减器微波单片集成电路(MMIC)。该6位数字衰减器由6个基本衰减位级联组成,可实现最大衰减量为31.5 dB、步进为0.5 dB的衰减量控制。采用简化的T型衰减结构,实现了0.5 dB和1 dB的衰减位。16 dB衰减位采用开关型衰减拓扑,在提高衰减平坦度的同时,有效降低其附加相移。测试结果表明,在12~18 GHz的频率内,数字衰减器衰减64态均方根误差(RMS)小于0.25 dB,附加相移为−0.5°~+9.5°,插入损耗小于4.9 dB,输入输出驻波比均小于1.5∶1。芯片尺寸为3.00 mm×0.75 mm。该芯片电路具有宽频带、高衰减精度、小尺寸的特点,主要用于微波相控阵收发组件、无线通讯等领域。
太赫兹技术
0.8 THz再生反馈振荡器的仿真模拟研究
李天一, 孟维思, 潘攀, 蔡军, 邬显平, 冯进军, 闫铁昌
2019, 31: 123101.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190372
[摘要](117) [HTML全文](57) [PDF 1015KB](5)
摘要:
随着太赫兹技术的发展,高频率、大功率的太赫兹辐射源一直是国内外研究的热点。再生反馈振荡器作为一种新型太赫兹源器件,具有可行性高、功率大的优点。基于0.8 THz太赫兹波成像系统的需求,采用折叠波导慢波结构,对再生反馈振荡器进行设计与研究。首先对0.8 THz折叠波导慢波结构进行设计并使用CST微波工作室中的本征模求解器进行参数优化,再通过CST粒子工作室中的PIC仿真模块对整管进行热特性仿真,验证了方案的可行性,仿真结果显示,最终可产生60 mW的稳定输出信号。
397 GHz斜注管互作用系统的设计模拟
苏思铭, 冯进军
2019, 31: 123102.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190368
[摘要](57) [HTML全文](46) [PDF 1087KB](2)
摘要:
斜注管是返波振荡器的一种,通过电子注的倾斜,电子距离慢波结构更近,高频场更强,耦合阻抗和互作用效率更高,显著增加输出功率。对带状注斜注管的互作用系统进行了设计,并首次将双排齿慢波结构应用于斜注管。利用电磁模拟软件和3D粒子模拟软件对设计的斜注管的色散曲线和场分布进行了分析,并对其注-波互作用进行了模拟,可以得到大于100 mW的输出功率以及50 GHz的调谐带宽。输出功率在370.5 GHz频点处处达到峰值2.3 W,电子注电压7.0 kV,注电流120 mA,聚焦磁场1.0 T。
复杂电磁环境
飞行器GNSS接收机静电放电干扰效应分析
范宇清, 程二威, 魏明, 张庆龙, 陈亚洲
2019, 31: 123201.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190268
[摘要](147) [HTML全文](147) [PDF 982KB](7)
摘要:
针对飞行器全球卫星导航系统接收机易受静电放电干扰的问题,研究了机体表面电晕放电与机务维修火花放电对接收机的干扰效应。分析了静电放电的时频域特征,使用针球电极与高压源组成的模拟器开展了电晕放电对接收机的前门耦合实验,证明了电晕脉冲产生的辐射场对接收机无明显干扰效应。基于人体金属ESD模型开展了火花放电对接收机的干扰效应实验,发现浪涌电流易导致接收机串口转换芯片电位波动,读写程序主循环卡死,应针对串口端进行静电阻抗器防护。
X波段超宽角扫描相控阵天线设计
陆娇君, 吴鸿超
2019, 31: 123202.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190226
[摘要](71) [HTML全文](75) [PDF 1185KB](4)
摘要:
为了实现X波段超宽角扫描,提出一种新型的紧耦合阵列天线单元设计,并结合等效电路分析优化天线参数。采用集成式Marchand巴伦馈电,可以实现偶极子与巴伦共基板印刷,进而减小天线的重量与成本。阵列口径上方加载垂直寄生覆层及水平单层电介质板,两者共同作用以改善宽角扫描时阻抗变换。仿真结果表明该天线可实现X波段(8~12 GHz)E面80°、H面70°的扫描角,且有源驻波比小于3。该天线结构简单紧凑,易于加工制作。
粒子束技术
开口磁环的周期聚焦系统仿真分析与实验
郭祖根, 阳志新, 姬如静, 韩萍, 张瑞峰, 王琪, 王战亮, 宫玉彬, 巩华荣
2019, 31: 124001.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190208
[摘要](82) [HTML全文](53) [PDF 1081KB](6)
摘要:
当前行波管周期永磁聚焦系统的波端口位置处的磁环通常采用单向开口磁环。在波端口位置引入波导阻抗调谐支节的基础上,提出了两种不同的双向开口磁环结构。利用三维电磁仿真软件Opera-3D,分析了双开口磁环的中心轴线附近的磁场,并据此进一步介绍了带双开口磁环周期永磁聚焦系统的设计方法。为了验证带双开口磁环的周期永磁聚焦系统应用的可行性,设计和测试了一套E波段折叠波导行波管电子光学系统。在行波管试验中,电子枪发射电流83 mA,带双开口磁环的周期永磁聚焦系统聚焦的电子束流通率达到99%。
脉冲功率技术
固态Marx发生器的过流保护研究
饶俊峰, 曾彤, 李孜, 姜松
2019, 31: 125001.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190138
[摘要](156) [HTML全文](113) [PDF 959KB](5)
摘要:
具有快速上升沿、低开关损耗的SiC MOSFET已逐渐在固态高压脉冲电源中使用。针对固态Marx发生器中的常见短路故障,分析了SiC MOSFET的过流损坏机制,提出了一种新型的带过流保护的驱动系统。该驱动系统不仅实现了宽驱动信号同步输出,同时能够在整个SiC MOSFET导通期间提供过电流钳制效果。驱动系统中的保护电路利用SiC MOSFET门极电压与漏极电流的关系,通过单个采样电阻和一对反向串联的稳压管将SiC MOSFET门极电压拉低的方式来限制过电流。实验结果表明:当开关管的导通电流较小时,虽然门极电压会有轻微下降,但是SiC MOSFET的导通阻抗仍然很低;而在过电流故障发生时,门极电压会被快速拉低,开关管的导通阻抗急剧上升,从而迅速将导通电流钳制在安全范围内。
反场构型等离子体靶压缩过程中强磁场对α粒子能量的约束效应
赵小明, 孙承纬, 孙奇志, 贾月松, 秦卫东
2019, 31: 125002.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190047
[摘要](209) [HTML全文](275) [PDF 1227KB](2)
摘要:
基于一维弹塑性磁流体力学程序(SSS-MHD),研究了反场构型(FRC)等离子体靶在磁驱动固体套筒压缩过程中强磁场对α粒子能量约束效应,分析了α粒子的非局域和局域自加热对FRC等离子靶压缩峰值温度的影响,以及α粒子能量在整个压缩过程中端部损失效应。等离子体部分采用多温单流体的模型,能量的计算中引入了DT离子、电子及α粒子多成分温度的能量方程,同时考虑了等离子体压缩过程热平衡下的核反应和非局域自加热问题。研究结果表明,磁化靶聚变等离子体在压缩过程中具有较好的稳定性,能够保持刚性转子的靶结构,压缩过程形成的强磁场能够将α粒子的能量约束在O点附近的区域,有利于等离子体靶的点火及燃烧;α粒子对等离子体的自加热效应主要集中在等离子体电流中心区,而非等离子体中心轴处;α粒子对DT等离子体局域和非局域自加热过程存在差异,局域自加热过程的功率大于非局域自加热过程的功率,FRC等离子靶压缩峰值状态温度相差0.5倍。在反场构型的刮离层区,α粒子的能量端部损失在FRC等离子体靶的压缩和膨胀过程中逐渐增大。
喷射等离子体触发气体开关导通特性
张明康, 刘轩东, 沈曦, 梁成军
2019, 31: 125003.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190243
[摘要](83) [HTML全文](102) [PDF 1025KB](2)
摘要:
利用内嵌微孔火花放电产生喷射等离子体、作用于两电极开关,研究了间隙距离、气压、气体种类、开关工作系数和电压极性配合等因素对等离子体喷射控制开关导通特性的影响。实验结果表明,等离子体喷射触发开关可在工作系数为10%的条件下可靠快速导通,当开关采用0.5 MPa_N2作为绝缘介质、间隙距离5 mm时,触发导通时延为11.7 μs,抖动为1.42 μs;当间隙距离增大到18 mm时,触发导通时延增大至19.7 μs,触发可靠性降低;当工作系数由10%增大到60%时,触发导通时延由11.7 μs降低至1.1 μs。在确保开关自击穿电压一致的前提下,短间隙、高气压、负触发脉冲电压、正工作电压更有利于减小开关触发导通时延。
加速器技术
衍射极限环光源纵向束流注入非线性优化(英)
沈思淇, 田顺强, 张庆磊, 吴旭, 赵振堂
2019, 31: 125101.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190196
[摘要](96) [HTML全文](108) [PDF 725KB](6)
摘要:
下一代同步辐射光源储存环动力学孔径较小,因而束流注入困难,可以通过纵向束流注入解决这一问题。为了使用更长的kicker脉冲,有必要降低高频频率以增加注入束流到储存束流的时移。因为同步辐射运动,时移更长的束流有更高的动量偏差,所以通过该方法进行注入需要储存环提供足够大的能量接受度和动力学孔径。用SSRF-U的候选磁聚焦结构来展示纵向束流注入非线性优化的可行方法。由一系列高频频率的最佳结果可知,低于界限频率时kicker脉冲不会继续增长。在束流模拟中,采用界限频率与合适六级铁强度,可使SSRF-U储存环束流注入达到最高效率。
4 MeV闪光X光机轫致辐射靶设计
何辉, 禹海军, 王毅, 戴文华
2019, 31: 125102.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190273
[摘要](91) [HTML全文](60) [PDF 567KB](4)
摘要:
对4 MeV闪光X光机的轫致辐射靶参数进行了设计和模拟计算。利用蒙特卡罗程序,计算得到当轫致辐射靶的有效钽靶材厚度约为0.6 mm时,靶正前方1 m处产生的单脉冲X光的照射量值最大,可以达到约2.86×10-3 C/kg,满足4 MeV闪光X光机对其单脉冲X光的设计要求。对不同能量下的单脉冲电子束加载在轫致辐射靶上的能量沉积密度进行了计算和比较,分析研究了不同结构下的靶破坏,结果表明:轫致辐射靶采用叠靶结构的钽靶能够满足4 MeV闪光机的实验需求。
基于EPICS的CSRe束流诊断控制系统升级
李敏, 聂勇敢, 李生鹏, 李维龙, 董金梅, 陈玉聪, 赵铁城, 毛瑞士, 徐治国, 康新才, 冯永春, 赵祖龙, 王延谋, 马维年, 尹炎
2019, 31: 125103.   doi: 10.11884/HPLPB201931.190144
[摘要](159) [HTML全文](186) [PDF 1063KB](5)
摘要:
兰州重离子加速器(HIRFL)冷却存储环的实验环(CSRe)提供高品质的束流用于高精度的质量测量、原子物理等实验研究,实现束流参数的准确测量是进行物理实验的前提保障。目前,CSRe加速器控制系统已升级为EPICS架构。介绍了基于EPICS的束流诊断控制系统现状,并利用升级后的控制系统测量了束流相关参数。其中,束流位置系统能够测量注入束流的逐圈位置信息,测量结果发现束流在注入过程中存在一定程度的震荡,影响注入效率。流强测量系统通过高分辨的数据采集卡实现对DCCT信号的精确测量,同时增加了D事例触发功能。升级后的控制系统,可以实现束流参数的测量,并集成于加速器控制系统的EPICS CSS界面。