【摘要】：同步輻射光是一種用途非常廣泛的光源,可用于多種基礎(chǔ)前沿學(xué)科的研究,同步輻射裝置對(duì)于推動(dòng)各學(xué)科發(fā)展發(fā)揮了重大作用。上海同步輻射裝置總體性能位居國際前列水平,已在生命科學(xué)、凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、化學(xué)、能源與環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的前沿基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)的研發(fā)領(lǐng)域取得了一些重要成果。在上海光源光束線站的各系統(tǒng)設(shè)備中,光束位置測量裝置是其中非常重要的設(shè)備之一,它用于測量X射線的具體位置及其光斑大小。X射線的位置參數(shù)非常重要,它有利于實(shí)驗(yàn)站的正常工作,同時(shí)也可以用于光斑位置穩(wěn)定的反饋控制系統(tǒng),從而得到更加穩(wěn)定的光束。上海光源目前有四種光束位置探測器:刀片式探測器、熒光靶探測器、四象限探測器以及絲掃描探測器,它們的測量原理、工作環(huán)境、測量精度等方面都各有不同,使用時(shí)可根據(jù)不同需求選取合適的探測器。熒光靶探測器是其中一種使用非常廣泛的光束位置探測器,由于其方便直觀的優(yōu)點(diǎn),在光束線的調(diào)試或診斷過程中有著重要的應(yīng)用。但是已有熒光靶探測器在工作的時(shí)候,其靶片會(huì)完全遮擋光束,使X射線不能全部地繼續(xù)向下游傳播,勢必會(huì)影響實(shí)驗(yàn)站的用光,因此,它就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線的實(shí)時(shí)位置測量。針對(duì)上海光源二期線站工程建設(shè)的需求,本文在傳統(tǒng)熒光靶探測器的基礎(chǔ)上對(duì)其使用方法做出改進(jìn),讓探測器的熒光靶片不完全阻擋光束,只利用光斑的邊緣部分打在熒光靶片上產(chǎn)生熒光來測量X射線的位置變化,這樣一來既不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)站的正常用光,又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光束位置的實(shí)時(shí)測量,還可以為實(shí)驗(yàn)用戶提供實(shí)時(shí)的光斑位置的變化情況。這種類型的探測器在上海光源還是首次使用,估計(jì)可達(dá)到微米量級(jí)的測量分辨率,主要取決于圖像采集系統(tǒng)的光學(xué)放大倍數(shù)和CCD的像素大小。論文首先從熒光靶探測器結(jié)構(gòu)出發(fā),根據(jù)熒光靶探測器的工作原理,提出了一種新的光斑位置實(shí)時(shí)測量方法,還分析了可行性,通過控制熒光靶探測器靶片的位置,使其處于同步輻射光的非用光區(qū)域,這樣既不影響實(shí)驗(yàn)用光區(qū)的X射線向下游傳播,又可利用光斑的邊緣部分產(chǎn)生的熒光圖像來測量其位置變化;再對(duì)得到的熒光靶圖像進(jìn)行分析處理,以計(jì)算光斑位置變化的大小,還對(duì)處理光斑圖像所需的MATLAB軟件的相關(guān)工具箱函數(shù)等進(jìn)行了簡單的介紹;最后根據(jù)光斑圖像的特點(diǎn)提出了合適的圖像處理方法,包括濾波降噪、拉普拉斯增強(qiáng)、圖像分割等步驟,使之能準(zhǔn)確計(jì)算出圖像中光斑的位置變化,通過自定義的光斑高度平均值的變化從光斑圖像中計(jì)算光斑的位置變化大小。傳統(tǒng)的熒光靶測量光斑的位置變化只能達(dá)到毫米量級(jí)的分辨水平,采用熒光靶圖像處理的方法測量光斑的位置變化可以達(dá)到微米量級(jí);經(jīng)過對(duì)不同光斑的多次模擬測試,驗(yàn)證了圖像處理方法的準(zhǔn)確性,進(jìn)一步證明了熒光靶光束位置實(shí)時(shí)測量的可行性,為熒光靶探測器的高精度位置測量和實(shí)時(shí)位置反饋積累了經(jīng)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O434.1
【圖文】：

是所有實(shí)驗(yàn)站正常工作的參考；同時(shí) X 射線的位置穩(wěn)定性也是因?yàn)橹挥性?X 射線位置穩(wěn)定性滿足要求的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才是并且在有些實(shí)驗(yàn)中，本身對(duì) X 射線位置穩(wěn)定性要求就是非常高的位置的測量數(shù)據(jù)也可以作為反饋信號(hào)用來進(jìn)一步控制光束位置的到更加穩(wěn)定的光斑。所以說，設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確可靠的 X 射線位置變十分必要的。，在國外的一些先進(jìn)的同步輻射裝置或自由電子激光裝置中，對(duì)測量精度要求能達(dá)到亞微米水平，甚至更低。對(duì) X 射線位置的測系統(tǒng)反饋控制獲得的輸出光斑越穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量也就越用效率也會(huì)相應(yīng)得到提高。圖 1.1 為日本的 SPring-8 光源利用他們統(tǒng) MOSTAB[3]對(duì) X 射線進(jìn)行處理的結(jié)果�？梢钥闯�，在經(jīng)過位置，X 射線的位置穩(wěn)定性有了非常明顯的改善。

圖 2.2 光束位置探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Figure2.2 Schematics of the BPM system上海光源現(xiàn)在用于光束位置測量的探測器主要有四種：刀片式探測器、絲掃描探測器、四象限探測器和熒光靶探測器[12]。雖然它們是根據(jù)不同的原理制作而成，并且都有各自適用的范圍，但都是用來測量光斑的位置形狀或光強(qiáng)分布等信息的。本節(jié)先簡單介紹前三種探測器的結(jié)構(gòu)原理，對(duì)于與本課題密切相關(guān)的熒光靶探測器將在下節(jié)詳細(xì)介紹。刀片式探測器(Blade Beam Position Monitor, BBPM)是一種測量精度非常高的光束位置測量裝置，它主要是利用 X 射線打在成對(duì)稱固定的刀片上，通過光電效應(yīng)在刀片上會(huì)有電流產(chǎn)生，然后根據(jù)刀片上產(chǎn)生的光電流之比來計(jì)算光束的中心位置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.3 所示。它的優(yōu)點(diǎn)是能工作在高功率密度和高熱

圖 2.3 刀片式探測器結(jié)構(gòu)示意圖Figure2.3 Schematics of the BBPM測器(Wire-scanning Beam Position Monitor, WBPM)也測量光束位置的。當(dāng)特殊材料的掃描絲置于 X 光之中，通過對(duì)光電流數(shù)據(jù)的處理就能計(jì)算出光斑的位置和器的掃描絲結(jié)構(gòu)一般由兩根絲組成，形狀一般有十字掃描探測器的工作方式可知它不能對(duì)X射線的位置進(jìn)造簡單且工作穩(wěn)定，也被大量應(yīng)用于光束線的建設(shè)之型絲掃描探測器的工作原理示意圖。

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本文編號(hào)：2762393