针对当前单次通过型数字束流位置探测器（BPM）有效采样点数少、数据信噪比低、测量分辨率差的问题，提出了一种基于“束流单次通过”的数字BPM测量改进算法。该算法通过模拟信号的功分-延迟-合成，增加了有效采样数据，并通过采样数据的截取与数据拼接、数字滤波等数据处理方式，提高了采样数据的信噪比，并最终实现了BPM测量分辨率的提高。实验结果表明，该算法在不改变模数转换器（ADC）采样率的情况下，将单次通过型BPM的测量分辨率提高了约2倍。该测量方法为提高单次通过型BPM的测量分辨率提供了一种新的解决方案，已成功应用于北京正负电子对撞机（BEPCII）和高能同步辐射光源（HEPS）直线加速器项目中。

为满足高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）束流位置测量的需求，研制了各种类型的束流位置探测器（Beam Position Monitor，BPM）。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数，通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数，适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例，首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数，在此基础上，分析了椭圆形（HEPS增强器）与八边形（BEPCII储存环）管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中，确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外，计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近，相对误差在1%左右，椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右，证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法，可用于BPM的设计与相关问题的分析。

快速轨道反馈（Fast Orbital Feedback，FOFB）系统是影响高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）轨道稳定性的重要因素之一，在设计时应尽可能提高FOFB系统的有效反馈带宽。基于该需求，为HEPS的FOFB系统设计了两层环路集中计算式的系统网络拓扑结构，并在此基础上设计完成了FOFB系统信号传输链路的可编程阵列逻辑（Field Programmable Gate Array，FPGA）固件算法逻辑，内容包括束流位置获取、环路数据传输、FOFB算法、电源控制接口以及系统测试等多个部分。经实验室测试验证，当前结构下的FOFB系统总延迟时间约为140 μs，满足HEPS装置对FOFB系统有效反馈带宽的需求。

基于模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）的数字测量系统，对采样数据的信噪比具有较高要求；在各项因素中，采样时钟的抖动对信噪比的影响最为突出。为滤除输入时钟的抖动，采用德州仪器双环路PLL架构的LMK04610芯片，设计了基于双锁相环的时钟电路；经测试，可以把频率为62.475 MHz源时钟大于7 ps的抖动降低到2 ps以下输出频率为499.8 MHz的时钟信号；提供给ADC芯片采样，其采样数据信噪比接近理论值。双锁相环滤除抖动方案，效果良好，可以为数字测量系统设计人员提供借鉴。

为改善传统的束流位置测量电子学系统受电子学通道非线性、温度漂移和系统噪声等因素对位置测量精度带来的影响，介绍了一种新型的基于导频技术的数字束流位置测量电子学系统。该系统硬件包括模拟信号采集电子学、数字信号处理电子学和PTC(导频信号耦合)模块；软件包括顶层应用软件和底层驱动，束流信号与导频信号在耦合电路中耦合后，经电子学处理，在FPGA中计算得到归一化后的束流位置信息。实验室测试结果分析，经导频信号归一化处理后能够有效改善各通道随温度变化的现象，束流位置漂移从4.5 μm改善至0.5 μm，分辨率从57.25 nm提升到13.37 nm，并且进行导频信号开关实验更加直观观测导频信号对束流位置测量的在线校正效果。设计的基于导频信号的数字束流位置测量（DBPM）电子学可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正，提升电子学系统的实时分辨率性能。

以高能同步辐射光源（HEPS）对BPM提出的位置测量分辨率要求为出发点，介绍了BPM系统的整体架构并推导出BPM系统的信号链路中各级信号所需达到的信噪比；并根据ADC采样数据的信噪比需求，计算出ADC采样时钟的抖动需求；最后介绍了能够测量BPM信号信噪比和采样时钟抖动的BPM测试平台。各项结论可以作为判断BPM系统各部分能否达到HEPS工程要求的标准。

介绍了一种新型传感器Turbo-ICT在BEPCII输运线电荷量测量上的应用。 该探测器的电荷测量系统具有强抗干扰能力和较高的信噪比，能满足各种运行模式，尤其是Top-Up模式时的测量需求。介绍了该系统的工作原理、设计思想和功能。目前，该系统已在BEPCII电子输运线上在线应用于电荷量测量和注入效率的计算，文中给出了实际测量结果以及该系统进一步优化的方案。

在现有硬件基础上，基于BPM测量准确度的需求，在自制的电子学FPGA芯片内，通过Verilog语言实现了一种数字BPM采样数据增益自动校准的设计。首先介绍了自动增益校准模块的系统总体设计；然后对模块的实现方法做了详细说明，设计并搭建了ADC数据自动增益校准测试平台以验证自动增益较准模块的功能；最后介绍了该设计在BPM通道标定中的应用。实验结果表明，该方法可以实现4通道增益一致，使ADC采样后的数据幅度相同，有效解决了由通道增益不一致引起的测量偏差，以及工程应用中ADC数据幅度校准工作量大且难于操作的问题，将在BPM系统通道自动标定中发挥重要作用。

针对北京正负电子对撞机改造工程（BEPC II）直线加速器束流位置测量电子学系统故障率上升这一现状，结合BEPC II直线加速器束流参数以及BPM电子学ADC芯片带通采样的需求，设计了隔离度高、幅相一致性好的数字BPM射频前端电子学模块。数字BPM电子学系统采用MicroTCA 4.0系统架构，以FPGA作为主控制器，基于EDA软件开发设计。重点介绍了射频前端电子学模块中射频功率放大器、数字可调衰减器、带通滤波器等设计和实验室及在线测试结果。BEPC II对撞模式下，使用正电子束流，完成电子学系统在线测试，x方向位置测量精度约为38.46 μm，y方向位置测量精度约为26.16 μm，其测量精度和系统稳定性优于商用模拟BPM电子学模块，能够满足BEPC II直线加速器束流位置测量需求。

高能同步辐射光源的增强器将直线加速器注入的束流加速到储存环所需的能量，为储存环提供高品质的电子束。为了对增强器的束流横向截面尺寸、发射度及能散进行测量，设计了两条可见光-紫外波段的束测光束线。两条光束线分别选取无色散和色散较大的两处弯铁位置作为光源点，使用两套同步光成像系统来监测光源点的束流截面尺寸，并计算束流发射度及能散。介绍了同步光引出真空室及光学成像系统，对影响成像质量的空间分辨率进行了分析，并针对升能过程中不同能量下束流光斑变化的测量进行了设计。