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数字化束流位置信号处理器样机研制
国产DBPM:高精度、低成本,替代进口,赋能加速器发展。
产品类型
设备
产品标签
其他资源效率提升
核探测技术与核电子学
数字信号处理
束流位置测量
高速电路设计
FPGA
适用行业
科学研究和技术服务业
适用场景
加速器装置
产品创新性
该DBPM样机性能达国际先进水平,具亚微米分辨率和用户自定义功能。创新性引入DFT算法、多通道自动增益与自校准,打破国外垄断,成本减半。
潜在经济效益
国产DBPM可节约千万以上项目经费和维护成本,打破国外垄断,培育国内产业,降低加速器建造与升级成本,具巨大经济效益。
潜在减碳效益
该DBPM系统提供亚微米级束流位置精度,有助于优化粒子加速器运行效率,减少能源损耗,从而间接降低大型科学装置的整体能耗。
产品提供方
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中科院上海应用物理所
中科院上海应用物理所
中科院上海应用物理研究所,专注应用核科学与先进加速器技术,服务核能、材料科学等国家战略需求。
中国, 上海市
产品详情

束流位置测量(Beam Position Monitor, BPM)系统是粒子加速器中最为重要的诊断设备之一,在加速器的调试、运行、以及机器研究中扮演非常重要角色,系统中BPM信号处理器是决定系统性能最为关键的设备。
数字BPM信号处理器(DBPM)在国内有着广泛的应用前景,应用范围包括目前正在进行多个基于加速器的大科学工程项目、发展势头很强的工业用加速器和医用加速器等。商品化的数字化BPM信号处理器具有技术成熟、可靠性高、用户众多、技术交流方便的优点,是上述各类应用的首选。此类信号处理器目前国外仅有唯一的一家公司(IT)出售成熟产品,几乎所有新的同步辐射光源(包括英国DLS,法国Soleil,西班牙ALBA,台湾TPS)均采用了该公司产品,居于绝对垄断地位。但高昂的单价和巨大的使用数量,使得该处理器占用了大量项目经费,而且上海光源当前使用的Libera Electron和Brilliance产品已经停产,代以价格更高的新产品,使光源的运行维护面临更高的成本。另外,核心算法不开放使得用户无法针对其特定的应用进行算法优化,繁琐的进出口手续也使得该处理器的维护工作较为困难。除国内已建成的几个加速器装置的运行维护外,建设中的大连FEL和即将建设的上海SXFEL和北方光源等加速器装置都需要大量DBPM处理器,如此巨大的市场如果全部采用国产化DBPM处理器将不仅节约千万以上的经费,且将培育出一个可观的产业。
在此背景下,中国科学院上海应用物理研究所束测组冷用斌研究员带领的技术团队于2009年启动了自主知识产权新型数字化BPM信号处理器的研制工作,期间先后得到了中国科学院百人计划择优支持项目、国家自然科学基金以及上海光源运行经费的资助。
项目组在吸收国内外先进技术的基础上,经过努力研究创新,成功研制出数字BPM信号处理器样机。样机逐圈位置分辨率达到1微米以下,性能超过项目启动时IT公司的Libera Electron产品,和当前该公司最新的产品Libera Brilliance和Brilliance Plus产品性能相当,并可实现了国外产品不具备的用户自定义多功能数据采集处理功能。在样机研制过程中,研究团队不仅成功研制出DBPM原理样机硬件,而且在DBPM样机中关键的信号处理算法方面取得了多项创新成果。通过调研大量理论知识,创新性地引入DFT算法并用FPGA实现了169点FFT运算,同时取得了多通道数字自动增益调节技术和多通道在板自校准在内的技术成果。这些技术的应用保证了优异的信号处理能力,逐圈位置分辨率达到亚微米。项目共获得授权发明专利1项,发表论文9篇。
该样机可替代国外同类产品在我国今后的大型加速器装置建造和改造工程中得到应用,同时也为小型加速器应用提供了一个性价比较高的解决方案。样机产品化后价格不到国外同类产品水平的一半,将节约大量的建设和维护资金。
具有国内自主知识产权的新型DBPM样机的研制成功,将打破国外同类设备的垄断地位,促进本领域的技术开放与交流,降低后续加速器建造、升级的设备采购成本,有巨大的社会经济价值,同时为发展下一代逐束团BPM信号处理器打下了坚实的基础。

最后更新日期
13:12:59, Nov 04, 2025
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