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。

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。

从热稳定性和振动稳定性两个角度出发，优化设计得到了超高稳定的刚性支撑架结构；通过ANSYS有限元模态分析，验证了结构的热膨胀变化量和特征频率；采用混凝土二次灌浆方法对支撑架进行地面固定和特征频率测试，结果表明，支撑架结构的特征频率达到61.9 Hz、振动幅值小于30 nm，均满足设计要求。最后采用动态刚度测试方法，得到混凝土二次灌浆层的主要刚度值，进一步验证支撑架结构优化结果的准确性。

针对北京正负电子对撞机II期（BEPC II）直线加速器升级改造过程中束流位置探测器（BPM）电子学对外部触发信号的需求，设计了一台高精度延时控制、上升时间短和参数灵活调节的数字延时触发器。采用FPGA（现场可编程门阵列）作为主控制器展开设计，重点介绍了基于FPGA的边沿检测模块和多通道延时处理模块的设计与仿真，描述了FPGA和驱动电路的设计方案以及在直线加速器上的应用。经测试，延时可调范围4 ns～4 μs，最小步进4 ns，步进误差0.125%；上升时间2 ns，延时抖动135.4 ps。