脉冲双线磁轴测量技术

The technique of the pulsed double-taut-wire system for aligning solenoid magnet is presented in this project, which is creatively developed from the previous pulsed taut-wire technique. The pulsed double-taut-wire system is constructed with two wires. One wire is used to measure the background signal and the other one measure the total signal simultaneously. The two signals are processed with the differential method to attain the true signal of the tested solenoid’s magnetic axis tilt. The new technique is able to remove the fluctuation of background signal in a single measurement while the conventional method has to make two different measurements to obtain the required single. The double-taut-wire technique greatly reduces the impacts of environmental fluctuations, such as air disturbance, vibration, noise and geomagnetic field. The proposed shows a promising application, it can be used to measure the magnet field of undulator in the fourth generation light source.

本项目提出的脉冲双线磁轴测量技术，是在原有的脉冲紧线测量方法基础上发展起来的、有一定创新思路的螺线管线圈磁轴测量技术。采用双线布局，一根本底线，一根测量线，同步进行本底信号和总信号测量，通过差分获得被测线圈磁轴倾斜的净信号。与传统的测量方法相比，克服了传统测量方法中两次测量活动分时进行而引入的本底信号波动，大幅度提高测量精度，同丝线与线圈几何轴准直偏差造成的测量不确定度相比，将气流、震动、噪音、地磁场等环境因素的影响减弱到可以忽略的程度。本项目所提出的脉冲双线测量技术还可以应用到第四代光源波荡器的磁场测量中。

螺线管线圈是构建直线感应加速器束流传输线的基石，其性能的好坏直接关系到束流传输的质量以及最终获得的束流品质。线圈的品质主要取决于轴向场的大小以及磁轴与几何轴的合一精度。.一直使用脉冲紧线磁轴测量方法测量灵敏度很高，这种高灵敏度带来的一个不利后果是很多环境因素的微小变化都会对绷紧丝线的振动产生影响，如气流变化、噪音、地面震动、地磁场波动等。测量时一根丝线分两次测量本底和总信号，通过总信号与本地信号的差获得磁轴偏差信号，由于测量的不同步性难以保证本底测量时环境因素的影响与总信号测量时完全一致。为了解决这一问题，本文创造性的引入了第二根本底测量线，实时测量环境本底信号。.在研究中首先通过理论分析和数值模拟，得出存在磁轴倾斜/磁轴偏轴时金属丝的振动信号。从理论上分析了双线法引入的问题：两根金属丝相互作用、以及线圈外磁场对本底线作用产生的信号。表明这两个因素在测量中可以当做常量处理。对金属丝下垂建立了数学模型，得出了下垂曲线方程，据此对引入的测量误差进行了估计。然后以数值模拟得出的金属丝振动信号为参考，设计了新的信号处理电路，实现了信号的无失真放大传输。.最后搭建实验平台进行了平直基线的实验研究以及与单线法的对比实验研究。对测量结果的分析表明脉冲双线法测量不确定度及环境适用性优于单线法，双线法可以将磁轴倾斜的测量分辨率提高到优于0.1mrad，测量误差小于0.173mrad，而测量误差大部分来源于激光跟踪仪准直产生的误差，且基线波动远小于单线法。同样测量条件下，双线法x和y方向基线波动分别为单线法的1/2和1/4。