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Tuner and LLRF. 孙毅 Sun YI Mini-workshop of 1.3GHz /9cell superconducting cavity 2009 年 12 月 2 日 IHEP. Design target 物理设计要求. f 0 = 1.3 GHz 超导腔空载品质因数 Q 0 1 ×10 10 (在 20 MV/m 附近、若 30 MV/m ~0.8*10 10 ) 超导腔有载品质因数 Q L 3.5×10 6 带宽( -3dB ) BW 370Hz 轴向频率灵敏度 ~350KHz / mm - PowerPoint PPT Presentation
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Tuner and LLRF
孙毅 Sun YIMini-workshop of 1.3GHz /9cell superconduct
ing cavity2009 年 12 月 2 日 IHEP
Design target 物理设计要求• f0= 1.3 GHz• 超导腔空载品质因数 Q0 1×1010
(在 20 MV/m 附近、若 30 MV/m ~0.8*1010 )
• 超导腔有载品质因数 QL 3.5×106
• 带宽( -3dB ) BW 370Hz• 轴向频率灵敏度 ~350KHz / mm• 洛伦兹失谐系数: 1 Hz / (MV/m)2
• 超导腔频率控制精度 ±10 折合为: ±4Hz 对应于轴向长度 ±12nm
• 脉冲 5HZ 、占空比 0.7% (脉宽 1.5ms )
STF 全脉冲过程
超导腔在微波脉冲电场下, lorentz 力失谐需要补偿
• Δf=-KL×E2acc• 压电陶瓷可以分辨 0.05--1nm• 低压• 100um 位移量→ 35KHZ• 800Kg 、在轴向力加倍(因杠
杆作用)Fz
Fr
Pulse shortening at 1480us of width
4 kinds of tuner
Coaxial Ball Screw 500N/mm (Saito)
Blade 25N/um ( INFN for TTF )
Slide Jack 290N/mm (STF)
Cam+lever 60N/um (Saclay-2)
Motor and piezo tuner ofIHEP 1.3GHz / 9cell cavity
Cryostat Shrink → shaft of motor tuner 1) put the motor inside cryostat by using a vacuum and cryo motor ?
2) how to insulate the vacuum of the cryostat?
STF tuner and piezo
杭州大和热磁电子有限公司 www.ferrotec.com.cn
10-6pa 扭力矩 600kg*cm 水冷 SUS440C 轴承
• 磁流体对周边设备影响?• 水冷• 机械扭力距要求?
Piezo & sensor
• Harbin company, china
• 北京科瑞通利公司
• STF• KYOWA • Piezomechanik• 德国真空低温电机公司 Phytron-Elecktronik Gmb
H
www.phytron.de
http://pdf.directindustry.com/pdf/phytron/vacuum-stepper-motors-vss-vsh-19-125-mm-in-diameter/7098-54952.html
Specification of Piezo actuator and load sensor select a lower voltage piezo?
Cavity MHI#3 MHI#4 MHI#2 MHI#1PiezoType 150V 150V 1000V 150VOperation Range 0~100V 0~100V 0~500V 0~100VLoad sensor Type Aluminum Alminum Beryllium Beryllium
motor tuner
• 根据设计要求: 带宽 BW=370Hz → 350KHz/mm 350Hz/um • 相位角 ±45° 对应 370Hz ; RF phase 1°→ 对应 4Hz ;• 选取电机步进角为 0.072 度
1 、电机旋转 1 步距主轴旋转转数为: 0.072/360=0.00002 转2 、锥齿轮减速后( 1 : 3 )主轴转数为: 0.00002X3=0.00006 转3 、丝杠传动距离即楔形滑块横向移动距离为: 2*0.00006=120nm4 、楔块运动后法兰的位移量为: 120/12=10nm
因此伺服电机的控制精度满足设计需要。
Motor tuner
滚动副——辊子 slide jack
• 供应商 1. 日本 THK :不能满足使用的工况条件,不能安排特殊订货。
• 供应商 2. 南京工艺装备制造有限公司:只有 -150℃ 的使用案例,且辊子的尺寸较大。
• Order the slide jack of STF type
1. 丝杠、螺母设计计算• 边界条件:最大调谐力为 800 公斤 每个螺母推动力约 200 公斤• 计算结果:丝杠承受轴向力 22403N 丝杠材料 304 不锈钢 丝杠中径 17mm 螺母高度 36mm 螺距 4mm 旋合圈数 9 圈 螺纹工作高度 2mm 丝杠公称直径为 18mm 丝杠小径为 15.5mm
2. 丝杠、螺母校核计算• 按上述确定的参数,对丝杠、螺母进行了校核计算结果: 丝杠、螺母螺纹牙强度满足要求 丝杠稳定性计算满足要求 丝杠刚性满足要求
调谐器关键部件设计校核计算(门铃鸰)
1.3GHz LLRF block diagram Qiu Feng and Liu Rong ( PH.D students ) will work for the Feedback loops
LO
Vref
IF
DA
1
Am
p&P
hase
NC
O1
outp
ut
NC
O2
outp
ut
RF
LO
Sample
1300MHz
10M
Hz
refe
renc
e
1301MHz
240MHz
FPGA
NET ROMUSB
PC
ADC
ADC
ADC
ADC
120MHz
Vcav_in-
Vcav_in+
Sample
Down Conversion
Signal & Clock
Amp&Phase ModulatorRF
LO
Clock
1
2
3
4ADC ClockDAC Clock
120MHz
Cal
ibra
tio
n
Digital Board
Monitor
MotorDriver
M
RF Interlock
Piezo Driver
FeedForward Table
A&P_Set Table
Beam Table Test Table
Interlock Interface
Motor Control
Piezo Control
Vload+
Vload-
Klystron
Vkly-Vkly+
Monitor
ADC
ADC
ADC
ADC
Vcav_in-
Vcav_in+
Vload+
Vload-
Vkly-
Vkly+
Vcav_out
Vcav_out
Vref
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
Cavity Model&Tuner
LLRF Switch
30MHz
1330MHz 1300MHz
30MHz 30MHz
1MHz
1MHz
1MHz
Klystron
DA
1
DA
1
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8