数字化束流信号处理器实现批量应用

中国科学院上海应用物理研究所经过多年研制测试，相继完成国内首套数字化束流信号处理器的原理样机、工艺样机开发，现已实现批量化生产及应用，在上海光源（SSRF）、上海软X射线自由电子激光（SXFEL）装置、大连相干光源（DCLS）装置等三个大型加速器上投入在线运行，共有近八十台。该处理器实验室测试信噪比达到80dB，束流单次通过测试相对位置分辨率好于千分之一。在上海光源储存环上完成的束流实验结果表明，逐圈位置分辨率达到亚微米，达到光源运行的位置监测精度要求，可用于上海光源束流测量系统升级改造。在大连相干光源装置上完成的束流实验结果表明，在500pC流强下使用该处理器的条带BPM系统和腔式BPM系统分辨率分别达到4μm和0.4μm，满足该装置超高位置分辨率的设计要求，处理器性能达到国际同类设备先进水平。

数字化束流信号处理器是加速器装置关键的束流测量设备之一，应用广、数量多。国际上已有成熟的商业产品，但为了便于进行二次开发及节约设备经费，当前国际在建的主要装置如NSLS-II，LCLS-II，SwissFEL和EuropeanXFEL都自行研制数字信号处理器并已逐步投入使用，而国内尚无自主研制的产品。在此背景条件下，上海应物所于2010年开始启动数字化束流信号处理器的研制工作，并于2012年研制成功用于储存环的DBPM原理样机及小批量工艺样机。之后借助自由电子激光装置项目启动的契机，确定在FEL装置中采用自主研制的信号处理器，现已攻克批量生产过程中质量控制所需的各个工艺技术难关，完善了该类处理器的整个生产测试流程，为上海应物所及我国后续大型加速器装置的研制建设奠定了坚实的技术基础，填补了我国在粒子束流诊断领域专用仪器设备研制的空白。

该处理器采用高速AD结合FPGA模块完成信号的采集处理，可实现实时的复杂信号处理算法，在配置不同的核心信号处理单元后，可分别用于储存环和直线加速器的束流信号处理，具有极其广泛的应用前景。上海应物所还将在此处理器基础上，开发更多的模拟信号处理前端及数字信号处理算法，以进一步拓展其应用范围。