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Tuner and LLRF

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

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Presentation Transcript

  1. Tuner and LLRF 孙毅 Sun YI Mini-workshop of 1.3GHz /9cell superconducting cavity 2009年12月2日 IHEP

  2. 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）

  3. STF 全脉冲过程

  4. Ｆｒ Ｆｚ 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）

  5. Pulse shortening at 1480us of width

  6. 4 kinds of tuner Slide Jack 290N/mm (STF) Blade 25N/um ( INFN for TTF ) Coaxial Ball Screw 500N/mm (Saito) Cam+lever 60N/um (Saclay-2)

  7. 调谐器有几项条件： 1）必须在恒温器端板和波纹管整体焊接完毕后，才可开始安装tuner 2）周边为2--5K低温、隔热真空度10-5Pa 3）希望电机轴引出到低温槽外，轴密封 4）在降温过程中，沿腔轴向水平收缩变形约1-2mm，若调谐器设在中段，要考虑电机轴偏心问题 5）腔左侧为功率耦合器接口，用不涨钢将水平位置锁定

  8. Motor and piezo tuner ofIHEP 1.3GHz / 9cell cavity

  9. 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? 收缩变形区域 1-2mm 低电平pickup天线接口 滑动支撑点 固定支撑点 HOM吸收器口 coupler接口 真空接口 恒温器 2K低温 移动端板 固定端板 波纹管

  10. STF tuner and piezo

  11. 杭州大和热磁电子有限公司 www.ferrotec.com.cn

  12. 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？

  13. 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 GmbH www.phytron.de Piezo & sensor http://pdf.directindustry.com/pdf/phytron/vacuum-stepper-motors-vss-vsh-19-125-mm-in-diameter/7098-54952.html

  14. Specification of Piezo actuator and load sensorselect a lower voltage piezo? Cavity MHI#3 MHI#4 MHI#2 MHI#1 PiezoType 150V 150V 1000V 150V Operation Range 0~100V 0~100V 0~500V 0~100V Load sensor Type Aluminum Alminum Beryllium Beryllium

  15. 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=120nm 4、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。

  16. Motor tuner

  17. 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

  18. 调谐器关键部件设计校核计算（门铃鸰） 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

  19. 1.3GHz LLRF block diagram Qiu Feng and Liu Rong ( PH.D students ) will work for the Feedback loops

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