(57)【要約】【課題】変化するベータトロン振動の周波数に追従してベータトロン振動の周波数を簡易かつ精度良く計測することができるようにする。【解決手段】ジェネレータ２８の出力信号により励起電極３Ｂを駆動した状態で、信号レベル計測部２４によりピックアップ電極３Ａの出力信号レベルを計測しながら、励起電極３Ｂの駆動に係る周波数を順次可変することにより、ピックアップ電極３Ａの出力信号レベルがピークとなる周波数を検出してベータトロン振動に係る共振周波数を計測した後、共振周波数により励起電極３Ｂを駆動した状態で、ピックアップ電極３Ａの出力信号にＰＬＬ回路２５の発振出力信号をロックさせ、励起電極３Ｂの駆動をジェネレータ２８の出力信号による駆動から、ＰＬＬ回路２５の発振出力信号による駆動に切り替えて、周波数カウンタ２７によりＰＬＬ回路２５の発振出力信号を計測してベータトロン振動の周波数計測結果を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベータトロン振動の周波数を計測する周波数計測装置であって、
制御部の制御により周波数を可変して励起電極の駆動信号を生成するジェネレータと、
前記励起電極に対応するピックアップ電極の出力信号レベルを計測する信号レベル計測部と、
前記ピックアップ電極の出力信号との位相比較結果に基づいて、前記ピックアップ電極の出力信号にロックした発振出力信号を出力するＰＬＬ回路と、
前記ＰＬＬ回路の発振出力信号の周波数を計測する周波数カウンタとを備え、
前記ジェネレータの出力信号により前記励起電極を駆動した状態で、
前記信号レベル計測部により前記ピックアップ電極の出力信号レベルを計測しながら、前記励起電極の駆動に係る周波数を順次可変することにより、前記ピックアップ電極の出力信号レベルがピークとなる周波数を検出して前記ベータトロン振動に係る共振周波数を計測した後、
前記共振周波数により前記励起電極を駆動した状態で、前記ピックアップ電極の出力信号に前記ＰＬＬ回路の発振出力信号をロックさせ、
前記励起電極の駆動を前記ジェネレータの出力信号による駆動から、前記ＰＬＬ回路の発振出力信号による駆動に切り替えて、前記周波数カウンタによりベータトロン振動の周波数計測結果を取得する
周波数計測装置。
【請求項２】
前記信号レベル計測部及び前記ＰＬＬ回路は、
前記ピックアップ電極の出力信号をダウンコンバートして入力し、
前記ジェネレータは、
出力信号をアップコンバートして前記励起電極を駆動する
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
ベータトロン振動の周波数を計測する周波数計測方法であって、
ピックアップ電極の出力信号レベルを計測しながら、励起電極の駆動周波数を順次可変して、前記ピックアップ電極の出力信号レベルがピークとなる周波数を検出することにより、前記ベータトロン振動に係る共振周波数を計測する共振周波数の計測ステップと、
前記共振周波数により前記励起電極を駆動した状態で、前記ピックアップ電極の出力信号にＰＬＬ回路の発振出力信号をロックさせた後、前記励起電極の駆動を前記ＰＬＬ回路の発振出力信号による駆動に切り替え、前記ＰＬＬ回路の発振出力信号の周波数を計測する周波数計測ステップとを備える
周波数計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数計測装置及び周波数計測方法に関し、シンクロトン輻射に代表される加速器において、ベータトロン振動の周波数計測に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、シンクロトン輻射に代表される加速器は、Ｂ、Ｑ、Ｓｘ、Ｓによりそれぞれ表記される電磁石が設けられている。ここでＢは、加速対象である電子等の軌道を円形とすることにより加速対象をリングであるチャンバに閉じ込めるために配置される。またＱは、軌道を周回する加速対象の発散を防止することにより加速対象をチャンバに閉じ込める目的で配置される。Ｓｘは、Ｂ、Ｑにより発生する種々の特性を補正する目的で配置され、Ｓｔは、アライメント誤差などで生じた影響を補正する目的で配置される。このような電磁石は、例えば４極電磁石等により構成される。加速器は、これらの他に、入射関係の磁石、挿入光源等が設けられる。
【０００３】
このような電磁石は、リングにおいて加速対象の運動を決定し、このような運動のうち、４極電磁石等により規定される運動がベータトロン振動と呼ばれる。より具体的に、加速対象は、４極電磁石などで収束力と拡散力とを交互に受けながらリングを周回することになり、その結果、加速器ではそれぞれ固有の周波数により加速対象が運動することになる。ベータトロン振動は、次式により表される。
【０００４】
【数１】
2015076190.tif 000003
【０００５】
ここで加速対象の電子の速度を光速度とする。ｓは、加速対象の軌道の長さである。ｕは、加速対象の振動成分であり、水平方向ｘ及び垂直方向ｙを代表している。この（１）式において、ベータトロン振動は、パラメータとして軌道の長さｓを含むことにより、加速器で固有の周波数を持つことになり、磁場を制御しながら加速対象を加速する加速器では、このベータトロン振動の周波数に対応するように、各電磁石を駆動することが必要になる。このため加速器では、ベータトロン振動の周波数を計測して加速リングのメンテナンス情報に利用している。
【０００６】
図３は、ベータトロン振動の周波数を計測する周波数計測装置を示す図である。なお加速器は、Ｘ方向及びＹ方向のベータトロン振動の計測に供する２系統の計測系を備えているものの、この図３ではこれらＸ方向又はＹ方向の２方向のうちの、１方向に係る計測系のみを示す。加速器１は、チャンバ２に、ストリップラインによる観測用のピックアップ電極３Ａが配置される。またこのピックアップ電極３Ａによるベータトロン振動の周波数計測を可能とするために、加速対象４を励起する励起電極３Ｂが同様のストリップラインにより配置される。なおここで加速対象は、荷電粒子であり、例えば電子である。またＲは終端抵抗である。
【０００７】
周波数計測装置５は、このピックアップ電極３Ａからの出力信号を増幅回路６により増幅した後、乗算回路７に入力し、ここで発振回路８から出力される局発信号ＲＦによりダウンコンバートしてスペクトラムアナライザー９に入力する。スペクトラムアナライザー９は、このダウンコンバートされた出力信号ＲＦｉｎを周波数解析して解析結果を出力する。
【０００８】
トラッキングジェネレータ１０は、所望の発振出力を出力する発振回路であり、スペクトラムアナライザー９の周波数解析に係る周波数のスキャンに同期して周波数をスキャンしてなる出力信号ＴＧｏｕｔを乗算回路１１に出力する。計測装置５は、この乗算回路１１で発振回路８から出力される局発信号ＲＦによりトラッキングジェネレータ１０の出力信号ＴＧｏｕｔをアップコンバートする。この計測装置５では、このアップコンバートしてなる乗算回路１１の出力信号を増幅回路１２により増幅して励起電極３Ｂを駆動する。
【０００９】
このような加速器に関して、特許文献１、２には周波数計測装置によりチャンバに印加する高周波信号の周波数をモニタする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２１０３５４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで上述のベータトロン振動の周波数の計測においては、実用上未だ不十分な問題がある。すなわち上述の周波数計測では、トラッキングジェネレータ１０による周波数のスキャン毎に、ピックアップ電極３Ａからの出力信号レベルのピーク値に係る周波数がスペクトラムアナライザー９で検出され、このピーク値の周波数がベータトロン振動の周波数となる。これにより図３の計測方法では、トラッキングジェネレータ１０による周波数スキャン毎の、離散的な計測によりベータトロン振動の周波数を計測することになる。
【００１２】
これにより従来手法による周波数計測では、変化するベータトロン振動の周波数に追従して精度良く周波数を計測することが困難な問題があった。因みに、ベータトロン振動の周波数に追従して４極電磁石等を正しく調整できない場合、加速器では、チャンバの内壁に加速対象の電子等が衝突する事故等が発生することになる。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、変化するベータトロン振動の周波数に追従してベータトロン振動の周波数を簡易かつ精度良く計測することができる周波数計測方法及び周波数計測装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため請求項１の発明は、ベータトロン振動の周波数を計測する周波数計測装置であって、
制御部の制御により周波数を可変して励起電極の駆動信号を生成するジェネレータと、
前記励起電極に対応するピックアップ電極の出力信号レベルを計測する信号レベル計測部と、
前記ピックアップ電極の出力信号との位相比較結果に基づいて、前記ピックアップ電極の出力信号にロックした発振出力信号を出力するＰＬＬ回路と、
前記ＰＬＬ回路の発振出力信号の周波数を計測する周波数カウンタとを備え、
前記ジェネレータの出力信号により前記励起電極を駆動した状態で、
前記信号レベル計測部により前記ピックアップ電極の出力信号レベルを計測しながら、前記励起電極の駆動に係る周波数を順次可変することにより、前記ピックアップ電極の出力信号レベルがピークとなる周波数を検出して前記ベータトロン振動に係る共振周波数を計測した後、
前記共振周波数により前記励起電極を駆動した状態で、前記ピックアップ電極の出力信号に前記ＰＬＬ回路の発振出力信号をロックさせ、
前記励起電極の駆動を前記ジェネレータの出力信号による駆動から、前記ＰＬＬ回路の発振出力信号による駆動に切り替えて、前記周波数カウンタによりベータトロン振動の周波数計測結果を取得する。
【００１５】
請求項１の構成によれば、簡易かつ確実に共振周波数を計測することができる。また共振周波数を計測して励起電極の駆動を切り替えた後は、ベータトロン振動の周波数の変化に追従するように、ＰＬＬ回路の発振出力信号を可変して、このＰＬＬ回路の発振出力信号によりベータトロン振動の周波数計測結果を取得することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、
前記信号レベル計測部及び前記ＰＬＬ回路は、
前記ピックアップ電極の出力信号をダウンコンバートして入力し、
前記ジェネレータは、
出力信号をアップコンバートして前記励起電極を駆動する。
【００１７】
請求項２の構成によれば、低い周波数に係る信号の処理により信号レベル計測部、ＰＬＬ回路、ジェネレータ等を動作させることができ、これにより信号レベル計測部、ＰＬＬ回路、ジェネレータ等の構成を簡略化することができる。
【００１８】
請求項３の発明は、ベータトロン振動の周波数を計測する周波数計測方法であって、
ピックアップ電極の出力信号レベルを計測しながら、励起電極の駆動周波数を順次可変して、前記ピックアップ電極の出力信号レベルがピークとなる周波数を検出することにより、前記ベータトロン振動に係る共振周波数を計測する共振周波数の計測ステップと、
前記共振周波数により前記励起電極を駆動した状態で、前記ピックアップ電極の出力信号にＰＬＬ回路の発振出力信号をロックさせた後、前記励起電極の駆動を前記ＰＬＬ回路の発振出力信号による駆動に切り替え、前記ＰＬＬ回路の発振出力信号の周波数を計測する周波数計測ステップとを備える。
【００１９】
請求項３の構成によれば、簡易かつ確実に共振周波数を計測することができる。また共振周波数を計測して励起電極の駆動を切り替えた後は、ベータトロン振動の周波数の変化に追従するように、ＰＬＬ回路の発振出力信号を可変して、このＰＬＬ回路の発振出力信号によりベータトロン振動の周波数計測結果を取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、変化するベータトロン振動の周波数に追従してベータトロン振動の周波数を簡易かつ精度良く計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計測装置を示す図である。
【図２】図１の計測装置の中央処理ユニットの処理手順の説明に供するフローチャートである。
【図３】従来の計測装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る周波数計測装置を示す図である。この周波数計測装置２１において、図３について上述した周波数計測装置と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。この周波数計測装置２１は、Ｘ方向のベータトロン振動の周波数の計測に供するＸ方向の計測ユニット２２Ｘと、これと直交する方向であるＹ方向のベータトロン振動の周波数の計測に供するＹ方向の計測ユニット２２Ｙとが設けられる。ここでこのＸ方向の計測ユニット２２ＸとＹ方向の計測ユニット２２Ｙとは同一に構成され、それぞれ対応する励起電極３Ｂ及びピックアップ電極３Ａに接続されて計測結果を中央処理ユニット（ＣＰＵ）２３に出力することにより、以下においては、Ｘ方向の計測ユニット２２Ｘについてのみ構成を説明し、Ｙ方向の計測ユニット２２Ｙについての重複した説明は省略する。
【００２４】
計測ユニット２２Ｘは、乗算回路７から出力されるダウンコンバートの出力信号ＲＦｉｎを検波した後、アナログディジタル変換回路（ＤＡＣ）２４に入力してアナログディジタル変換処理し、処理結果を中央処理ユニット２３に出力する。これにより計測ユニット２２Ｘでは、このダウンコンバートの出力信号ＲＦｉｎに係るピックアップ電極３Ａの出力信号レベルを計測できるように構成される。
【００２５】
さらに計測ユニット２２Ｘは、乗算回路７から出力されるダウンコンバートの出力信号ＲＦｉｎをＰＬＬ回路２５に入力し、ここで電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）によるローカルオシレータ２６の出力信号と位相比較結果を得、この位相比較結果をローカルオシレータ２６に出力して発信周波数を可変し、これによりローカルオシレータ２６の出力信号をダウンコンバートの出力信号ＲＦｉｎにロックさせる。計測ユニット２２Ｘは、位相比較結果を中央処理ユニット２３に出力することにより、出力信号ＲＦｉｎに対するローカルオシレータ２６の出力信号のロックを中央処理ユニット２３で検出できるように構成される。またこのローカルオシレータ２６の出力信号を周波数カウンタ２７で周波数計測して計測結果を中央処理ユニット２３に出力し、これによりローカルオシレータ２６の出力信号を介して中央処理ユニット２３で出力信号ＲＦｉｎの周波数を検出できるように構成される。
【００２６】
トラッキングジェネレータ２８は、中央処理ユニット２３の制御により周波数を可変して出力信号を送出し、計測ユニット２２Ｘは、このトラッキングジェネレータ２８の出力信号とローカルオシレータ２６の出力信号とを選択回路２９に入力し、選択的に乗算回路１１に出力する。これらにより計測ユニット２２Ｘでは、トラッキングジェネレータ２８の出力信号、又は出力信号ＲＦｉｎにロックしたローカルオシレータ２６の出力信号により選択的に励起電極３Ｂを駆動できるように構成される。
【００２７】
中央処理ユニット２３は、計測ユニット２２Ｘ及び２２Ｙの動作を制御すると共に、計測ユニット２２Ｘ及び２２Ｙによる計測結果を処理し、処理結果をディスプレイ３０に表示する。なおこの処理結果は、ベータトロン振動の周波数計測結果、アナログディジタル変換回路２４による計測結果、ＰＬＬ回路２５のロック状態等である。
【００２８】
図２は、この中央処理ユニット２３の処理手順を示すフローチャートである。中央処理ユニット２３は、周波数計測装置２１の動作が立ち上げられると、初期設定処理を実行し（ＳＰ２）、トラッキングジェネレータ２８の出力信号を選択的に出力するように選択回路２９を設定する。またさらにスタートスイッチ３１がオン操作されると、トラッキングジェネレータ２８及びアナログディジタル変換回路２４に動作の開始を指示し、アナログディジタル変換回路２４の処理結果を取得することによりピックアップ電極３Ａの出力信号レベルをモニタしながら、励起電極３Ｂの駆動周波数を徐々に可変し、ピックアップ電極３Ａの出力信号レベルがピーク値となる励起電極３Ｂの駆動周波数を検出する（ＳＰ３）。これにより中央処理ユニット２３は、ベータトロン振動に係る共振周波数を計測する。
【００２９】
このようにしてベータトロン振動に係る共振周波数を計測すると、中央処理ユニット２３は、検出した共振周波数により励起電極３Ｂを駆動するように、トラッキングジェネレータ２８からの出力信号の周波数を設定する（ＳＰ４）。この状態で、ＰＬＬ回路２５における位相比較結果より、ピックアップ電極３Ａの出力信号に係る乗算回路７の出力信号ＲＦｉｎに、ローカルオシレータ２６の出力信号がロックするのを待機し（ＳＰ５）、ローカルオシレータ２６の出力信号がロックすると、選択回路２９の接点を切り替え、励起電極３Ｂの駆動を、トラッキングジェネレータ２８の出力信号による駆動からローカルオシレータ２６の出力信号による駆動に切り替える（ＳＰ６）。また周波数カウンタ２７で計測されるローカルオシレータ２６の出力信号についての周波数計測結果の取得を開始し、アナログディジタル変換回路２４から出力される信号レベル計測結果と共にディスプレイ３０に表示し、さらには時系列により記録手段に記録する。
【００３０】
以上の構成によれば、トラッキングジェネレータの出力信号で励起電極を駆動してベータトロン振動の共振周波数を計測した後、この共振周波数により励起電極３Ｂを駆動してＰＬＬ回路をロックさせ、その後、励起電極３Ｂの駆動をＰＬＬ回路による駆動に切り替えることにより、ベータトロン振動の周波数の変化に追従するようにＰＬＬ回路の発振出力信号を可変して励起電極３Ｂを駆動することができる。これによりこのＰＬＬ回路の出力信号の周波数を計測することにより、変化するベータトロン振動の周波数に追従してベータトロン振動の周波数を簡易かつ精度良く計測することができる。
【００３１】
またピックアップ電極の出力信号をダウンコンバートして処理すると共に、アップコンバートした信号により励起電極を駆動することにより、低い周波数に係る信号の処理により信号レベル計測部、ＰＬＬ回路、ジェネレータ等を動作させることができ、これにより信号レベル計測部、ＰＬＬ回路、ジェネレータ等の構成を簡略化することができる。
【００３２】
〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。
【００３３】
すなわち上述の実施形態では、ピックアップ電極の出力信号をダウンコンバートして処理する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上十分な場合には、ダウンコンバートの処理を省略してピックアップ電極の出力信号を直接処理してもよい。
【００３４】
また上述の実施形態では、アップコンバートした信号により励起電極を駆動する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上十分な場合には、これらアップコンバートの処理を省略して励起電極を直接駆動するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１……加速器、２……チャンバ、３Ａ、３Ｂ……電極、４……加速対象、５、２１……周波数計測装置、６、１２……増幅回路、７、１１……乗算回路、８……発振回路、９……スペクトラムアナライザー、１０、２８……トラッキングジェネレータ、２２Ｘ、２２Ｙ……計測ユニット、２３……中央処理ユニット、２４……アナログディジタル変換回路、２５……ＰＬＬ回路、２６……ローカルオシレータ、２７……周波数カウンタ、２９……選択回路、３０……ディスプレイ、３１……スイッチ
【図１】
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【図２】
2015076190.tif 000005
【図３】
2015076190.tif 000006