Digitalni osciloskop -> VNA

[balu@home]

Jan Waclawek wrote:
> Co je to prosim prenosova charakteristika zvazku protonov? To sa meria medzi dvoma elektrodami medzi ktorymi beha zvazok? A co sa z toho da usudit?
>
>   
zvazok obieha a pritom vykonava niekolko druhov oscilacii. Pozdlzne 
oscilacie (v smere letu) sa volaju synchrotronove a suvisia s tym ze v 
kazdom zhluku protonov (tych povedzme 10^10, volame to bunch) ma kazdy 
individualny proton trosku odlisnu energiu takze leti trosku odlisnou 
rychlostou. Keby si tam nemal ziadne sily tak po nejakom case by sa ten 
zhluk rozliezol po celom obvode urychlovaca. Nato ale mame 
vysokofrekvencny system ktory pomocou megawattov :-) vytvori v 
urychlovacich dutinach megavolty a toto elektricke pole spomali rychle 
castice a zryhli pomale castice, takze vo vysledku ostane zachovana 
struktura a cely zhluk bude obiehat vo forme zhluku alebo oblacika ;-)
Druhy typ oscilacii je priecny, kolmy na smer pohybu. Tieto oscilacie su 
zase dane magnetickym polom fokusacnych a defokusacnych magnetov, 
korekcnych magnetov a pod. Zvazok vykonava takzvane betatronove 
oscilacie. Neobieha presne po kruhovej trajektorii ale jemne okolo nej 
osciluje (napr. polomer obehu v lhc bol ~4300m a tato oscilacia ma 
amplitudu povedzme 2mm) . Stredna trajektoria je samozrejme kruhova. 
Pocet period tejto oscilacie za jeden obeh sa vola 'tune'. Bez tychto 
dvoch typov oscilacii by kruhovy urychlovac nefungoval. Tolko teoria a 
idealny svet.
V realnom svete magneticka optika nie je idealna, rozne 
elektromagenticke polia vytvorene letiacim zvazkom, zvlnenie prudu 
injekcneho magnetu (rovnaky efekt ako ked hodis pod zlym uhlom plochy 
kamen na vodu, bude poskakovat) a pod. maju nepriaznivy vplyv na 
obiehajuci zvazok a sposobuju jeho nestability, napriklad tu posledne 
spominanu v priecnom smere.
U velkych urychlovacov moze byt tato nestabilita az fatalna a moze 
sposobit stratu kontroly nad zvazkom, nehovoriac o degradacii jeho 
kvality. Preto je nutne tieto oscilacie tlmit. Robi sa to aktivne, 
pomocou elektrostatickych vychylovacich elektrod dlzky niekolko metrov, 
v oboch rovinach (hor/ver) ktore su napajane elektronkovymi 
zosilnovacmi. Poskytuju napatie ~10kV so sirkou pasma ~3kHz - 20MHz a 
dokazu kopnut zvazok o par mikroradianov a po urcitom pocte obehov tieto 
parazitne oscilacie uplne utlmit, alebo ich tlmit konstantne pocas celej 
doby.
Je to system so spatnovazobnou sluckou s umelym vlozenym oneskorenim 
(mimochodom dalsia vec ktora bola rozpracovana v cerne a pouziva sa uz 
bezne v priemysle). Na viacerych miestach urychlovaca (najlepsie 
vzdialenych medzi sebou 90 stupnov periody tejto oscilacie) su 
umiestnene zariadenia ktore meraju okamzitu polohu kazdeho jedneho 
zhluku prelietajucich castic. V pripade lhc je to moja karta, ktora to 
robi kazdych 25ns. Zmeria signaly, fpga vypocita polohu a gigabitovou 
linkou to posle do signaloveho procesora. Tento da dokopy informaciu zo 
vsetkych meracich bodov a vypocita kolko bude treba 'kopnut' zvazok ked 
nabuduce (to je to vlozene oneskorenie) preleti cez tie vychylovacie 
platne a vygeneruje na nich prislusne napatie.
Kedze ide o spatnovazobny system aby to bolo cele stabilne a aby to 
fungovalo tak ako ma je nutne dokladne zmerat odozvu s otvorenou sluckou 
(open loop response). Podla toho sa nastavia vsetky parametre 
regulacnych a spatnovazobnych sluciek -> trochu dlha odpoved, ale toto 
je ta prenosova charakteristika.
Podobne je nutne vypocitat a zmerat odozvu v pozdlznom smere a podla 
toho nastavit regulacne slucky aby boli stabilne a aby sa dosiahli 
pozadovane vysledky.
Toto teraz robime, to je ten prechod z volneho zotrvacneho pohybu na 
plne kontrolovany.

>> Vsetko fungovalo vyborne, ani sme nad tym nerozmyslali.
>> Kupili sme novy high end analyzer do labaku a potrebovali urobit nejake 
>> merania v ringu tak sme ho tam zobrali, lebo je ovela pokrocilejsi a 
>> umoznuje velmi lahko ukladat namerane data. Doteraz sme mohli robit len 
>> fotky polaroidom.
>> Zapojili, nastavili presne rovnake parametre a vysledok bola uplne 
>> nahodna krivka. Vzdy ina. S presne tymi istymi nastaveniami oboch 
>> pristrojov. Problem je zrejme v sposobe spracovania signalu vtedy a 
>> dnes. V strukture zvazku su medzery, t.j. signal ktory vidi pristroj nie 
>> je kontinualny sinusovy. Analogovemu to nevadilo, zrejme ma dlhe casove 
>> konstanty. Modernemu to vadi, doba za ktoru zmeria jeden bod je tak 
>> kratka ze nasekany vstupny signal nedokaze spracovat. Pokial nepoznas 
>> presny sposob ako ten pristroj pracuje mozes lahko uverit tomu ze co 
>> vidis na obrazovke je naozaj pravda.
>>
>>     
>
> Tak to by ma zaujimalo, ako ste toto riesili...? 
>   
Da sa to vyriesit viacerymi sposobmi. najjednoduchsi je ze pouzivame 
stale ten stary analyzator a fotoaparat :-)
Na preklenutie medzier v meranom signale sa da pouzit pasmovo priepustny 
filter ktory ma impulznu odozvu dlhsiu ako medzery v signale, takze ho 
trochu vyhladi. Toto je ale trochu nebezpecne, lebo treba urobit velmi 
starostlivo kalibraciu a filter matematicky vynat z nameranych vysledkov.
V lhc je tento typ merania nemozny takze sme network analyzer 
implementovali priamo do riadiacej slucky. Modul signaloveho procesoru 
ma v sebe implementovanu dds (bezi to cele na dost velkom fpga lebo sa 
vyzaduje velmi vysoky vypoctovy vykon a rychlost zaroven) a porovnava 
zmeranu polohu a oscilacie s budiacim signalom.

> Mnojo, s meranim je to presne ako s riesenim diferencialnych rovnic: najlepsie sa riesia tak, ze vopred vieme ako vyzera (aspon priblizne) vysledok...
>
>   
jj, presne tak :-)