【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种在功率源阻抗失配情况下的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法、装置及设备，涉及粒子加速器领域。
技术介绍
1、射频超导腔因其低损耗和高梯度特性，非常适合在连续波或长脉冲模式下加速高平均流强束流。近年来，国内外多个重大加速器项目将超导技术作为首选方案。在射频超导领域，射频超导腔的有载品质因数 ql是一个十分重要的物理量。首先，有载品质因数 ql是判定腔体是否发生热失超的重要标志；其次，有载品质因数 ql是利用腔体入射功率标定腔体加速梯度的关键参数；再次，有载品质因数 ql或腔体半带宽 f0.5是腔体数学模型的核心参数；最后，在腔体载束运行时，腔体的有载品质因数 ql还需和束流匹配以实现最优加速效率。
2、腔体的有载品质因数 ql可以根据关掉射频功率源之后的腔场衰减曲线测量得到，这也是欧洲同步辐射实验室（desy）、日本高能加速器研究机构等国际加速器实验室采取的主流技术方案。但是，上述方法是根据腔体微分方程的零输入响应推导而来，这就要求腔体入射信号（也称前向信号 vf）关掉射频功率之后为0。在实践中，由于功率源或高功率环形器的阻抗与传输线的阻抗不能完全匹配，腔体反射信号（也称反向信号 vr）会从功率源端重新反射混入
3、综上所述，现有技术可以实现有载品质因数 ql的精确测量，但是对阻抗匹配条件要求较高。实践中，由于功率源和高功率环形器造价昂贵，上述条件常常难以满足。因此，亟需发展一种在功率源阻抗失配下测量腔体有载品质因数的方法。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种在线测量射频超导腔有载品质因数的方法、装置及设备，无论源端的阻抗是否与传输线匹配良好均能够计算出腔体的有载品质因数 ql。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提供的一种在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，该方法包括：获取射频超导腔的腔压 vc、前向电压 vf及低电平输出信号 vllrf；对低电平输出信号 vllrf进行处理得到信号 v1，其中， v1= gvllrf， g为复数常系数；基于腔压 vc、前向电压 vf及信号 v1构建极坐标下的广义腔体系统微分方程；求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应和零输入响应，得到广义腔体系统的半带宽；根据广义腔体系统的半带宽得到射频超导腔的有载品质因数。
4、一些可能的实施例中，基于腔压 vc、前向电压 vf及信号 v1构建极坐标下的广义腔体系统微分方程的具体过程为：基于腔压 vc及前向电压 vf构建腔体微分方程，通过拉式变换从腔体微分方程得到腔体传递函数模型；引入反馈环路，基于腔体传递函数模型建立广义腔体系统的传递函数模型；根据广义腔体系统的传递函数模型通过拉式逆变换建立广义腔体系统微分方程；将腔压 vc及信号 v1按照幅值与相角分解，获得极坐标下的广义腔体系统微分方程。
5、一些可能的实施例中，广义腔体系统微分方程为：
6、；
7、其中，为腔压 vc的微分，ω0.5为广义腔体系统的半带宽，δω为广义腔体系统的失谐，为常数， j为虚数单位。
8、一些可能的实施例中，极坐标下的广义腔体系统微分方程为：
9、；
10、其中，为输入信号， r为腔压 vc的幅度，为r的微分。
11、一些可能的实施例中，求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应是根据打开固态功率源之后的射频场建立时间，基于腔压 vc幅度 r的上升过程，得到广义腔体系统的半带宽ω0.5, rise。
12、一些可能的实施例中，广义腔体系统的半带宽ω0.5, rise的计算过程为：
13、 t = 0时刻，输入信号突然跳变至给定值，腔压 vc幅度从0逐渐上升，整个过程类似于零状态条件下的阶跃响应，广义腔体系统的微分方程变为：
14、 ；
15、其中， u( t)为单位阶跃信号，0 ≤ t < toff，常数 h0为信号 h( t) 在 t = 0时刻到 t = toff时刻之间的平均值；
16、上述微分方程的解为：
17、；
18、令：
19、；
20、对上式取对数得：
21、；
22、其中， r1( t)的对数与时间 t呈线性关系，通过对ln[ r1( t)]信号线性拟合即能够计算出ω0.5, rise。
23、一些可能的实施例中，求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零输入响应是根据关闭固态功率源之后腔场衰减时间，基于腔压 vc幅度 r的下降过程得到广义腔体系统的半带宽ω0.5, dec本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，基于腔压Vc、前向电压Vf及信号V1构建极坐标下的广义腔体系统微分方程的具体过程为：
3.据权利要求2所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，广义腔体系统微分方程为：
4.据权利要求3所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，极坐标下的广义腔体系统微分方程为：
5.根据权利要求3所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应是根据打开固态功率源之后的射频场建立时间，基于腔压Vc幅度r的上升过程，得到广义腔体系统的半带宽Ω0.5, rise。
6.根据权利要求5所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，广义腔体系统的半带宽Ω0.5, rise的计算过程为：
7.根据权利要求5所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的
8.根据权利要求6所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，射频超导腔的有载品质因数，包括腔压上升阶段的有载品质因数QL, rise和腔压衰减阶段的有载品质因数QL, rise，具体计算公式为：
9.一种在线测量射频超导腔有载品质因数的装置，其特征在于，包括：
10.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，基于腔压vc、前向电压vf及信号v1构建极坐标下的广义腔体系统微分方程的具体过程为：
3.据权利要求2所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，广义腔体系统微分方程为：
4.据权利要求3所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，极坐标下的广义腔体系统微分方程为：
5.根据权利要求3所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应是根据打开固态功率源之后的射频场建立时间，基于腔压vc幅度r的上升过程，得到广义腔体系统的半带宽ω0.5, rise。
6.根据权利要求5所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法，其特征在于，广义腔体系统的半带...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱丰，何源，曾日华，杨丽娟，皇世春，蒋天才，李春龙，魏诗惠，马瑾颖，高郑，朱正龙，薛纵横，丁星皓，孙列鹏，黄贵荣，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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