CN116482867A - 一种光束线站的自动反馈调光***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种光束线站的自动反馈调光***，包括局域网、光束线***、出射狭缝***、实验站；***参数模块设置为将调光光学元件的主要调节参数和反馈参数存储于查表模式参数文件；自动反馈控制模块根据查表模式参数文件得到根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，实时读取出反馈参数中出射狭缝***的四个刀口的光电流信号，实时确定出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差；当电流偏差大于设定的偏差阈值时，对光束线***的调光参数进行自动修正。本发明的自动反馈调光***可以通过自动反馈实现光束中心准直、保持最大光通量，可以有效地提高实验效率和实验数据的质量。
Description
技术领域
本发明属于同步光源光束线站运行控制，本发明涉及一种光束线站的自动反馈调光***，特点是在实验时通过监测出射狭缝上的四刀电流信号，调节光束线上的调光元件的姿态反馈修正，实现光束中心自动准直，保持样品处光通量处于最大状态。
背景技术
同步辐射光源可以为材料科学、生命科学、环境科学、物理学、化学、医药学、地质学等学科领域的基础和应用研究提供最先进的、不可替代的工具，并且在众多的领域得到了重要而广泛的应用。实验站是科学家和工程师利用同步辐射光揭开科学秘密、开发高新技术产品的综合科技平台。
谱学实验是同步辐射光源重点发展的实验方法，可以研究材料的价态和电子结构等信息。为了提高入射光的通量并保持恒定，需要实时监控光通量和中心光斑位置。对于原位谱学实验站来讲，最强光斑中心位置固定，可以减小出射狭缝的开口，提高入射光的能量分辨率，进而提高采集谱线的信噪比和质量。同时，中心光斑位置固定也便于快速定位谱学实验样品，特别对于微米尺寸的样品进行实验具有重要的意义。再次，自动调节装置可以实时监控入射光通量变化并进行自动反馈修正，保证了实验数据质量的稳定。
成像实验是同步辐射另一个重要的实验技术方法，可以进行二维、三维空间成像和元素谱学成像和分析，特别是周期格点阵列扫描成像更需要保证入射光通量和位置稳定，否则会导致出现明暗的噪声，从而影响图像质量。对于纳米空间分辨的扫描相干衍射成像来说，上游光束线产生的光斑为圆形，中心最强，到达样品之前有个出射狭缝，开口尺寸小于50微米，只有中心最强的光斑通过狭缝，才能保证下游样品处光最强，从而保证采集的样品信号强，提高信噪比。理论上说，上游光束线的中心光斑位置相对于下游样品处固定不变，可以保证入射到波带片上光斑密度尽可能均匀，通过上游光学元件的姿态调节实现最强的中心光斑通过狭缝，最强的中心光斑可以减小出射狭缝的开口大小，提高入射光的空间相干性，最终减弱甚至消除非相干因素对成像质量和空间分辨率的影响，从而提高成像分辨率。而如果中心光偏离，照射到样品光强变弱，严重时照射不到样品上，导致实验质量差，甚至无法开展实验。
然而，目前在真实的实验时，由于上游各种光学元件姿态运动机构（电机）的调节或者抖动，导致下游中心光斑位置会变化，无法保证上游光束线的中心光斑位置相对于下游样品处固定不变。
目前，不同用户开展不同种类的实验涉及到样品切换、入射光能量变更等需要光束线对应参数和光学元件姿态进行同步调整和匹配。为了实现和保持中心最强光斑入射到样品处，实验开始前需要根据实验需要，手动调节上游各个光学元件的姿态，同时观测中下游光路上有关的光强测量的信号进行调节，实现样品处光达到最强状态。
如今大多数步骤均需要实验人员手动完成，既费时又费力，严重制约了实验效率。此外，实验过程中，加速器不稳定和储存环内电子束流轨道的偏差会造成线站光束的中心偏离，此时需要调节光学元件姿态把光斑中心实时修正到原位置。特别是对于成像实验，需要保证入射到样品处的光斑通量恒定且位置稳定，现有的大多数方法没有自动化反馈修正，只能手动调节实现中心最强光斑入射到样品处，如果实验过程中光斑中心偏了，需要操作人员根据实验数据质量的下降来判断，然后再次手动调节修正中心光斑位置，因此均难以实现光斑位置固定不变的姿态。
因此，有必要开发一种光束线站自动反馈调光装置***，实时监测出射狭缝处光信号波动情况，通过自动反馈***自动修正光束线有关参数实现光路准直，维持样品上最高光通量，这对于提高开展同步辐射光源吸收谱和成像实验效率，提高实验质量具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光束线站自动反馈调光装置***，在更换能量、切换元素以及储存环电子束团波动、光束线光学元件运动机构扰动等因素引起的光斑中心较大幅度抖动时，可以实现自动反馈实现光束中心准直、保持最大光通量，可以有效地提高实验效率和实验数据的质量；减少了操作人员的工作强度；便于用户进行远程控制，提高了用户的科研能力。
为了实现上述目的，本发明提供一种光束线站的自动反馈调光***，其特征在于，包括局域网，以及与所述局域网连接的光束线***、出射狭缝***、实验站、***参数模块和自动反馈控制模块；
其中，所述光束线***、出射狭缝***和实验站依次排布，所述出射狭缝***作为调光光学元件并且包括四个刀口，且所述实验站处设有光强探测***，所述光强探测***包括设于实验站处的金网和光电二极管；
所述***参数模块设置为将调光光学元件的主要调节参数和反馈参数存储于查表模式参数文件，所述调光光学元件的主要调节参数包括光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数，所述反馈参数包括出射狭缝***的四个刀口的光电流信号、金网和光电二极管的光通量信号；
所述自动反馈控制模块设置为获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限、读取实时的反馈参数的权限和从***参数模块调取查表模式参数文件的权限，根据查表模式参数文件得到根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律；以及实时读取出射狭缝***的四个刀口的光电流信号，通过出射狭缝***的四个刀口的光电流信号实时确定出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差；当电流偏差大于设定的电流偏差阈值时，根据所述影响规律确定光束线***的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***的调光参数进行修正，光束线***的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***的左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量。
所述光束线***包括依次设置并且作为调光光学元件的光源、平面镜、单色器光栅和聚焦镜，所述光束线***的调光参数包括光源的入射光能量值E，平面镜和聚焦镜的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度，以及单色器光栅的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；所述出射狭缝***的调光参数包括出射狭缝***的开口中心坐标和开口尺寸。
所述光源为波荡器，且所述光束线***的调光参数还包括波荡器的Gap值和Shift值。
每个调光光学元件均配置有编码器和光栅尺，以获取调光光学元件的主要调节参数。
所述出射狭缝装置上设有分别与四刀狭缝的四个刀口电连接的光电信号转换装置和与所述光电信号转换装置连接的电流转电压装置。
所述金网设置于实验站的前端，所述光电二极管设于实验站内部且样品后端附近的位置，且所述实验站内配置有设于所述金网的前端的针孔光阑。
另一方面，本发明一种光束线站的自动反馈调光方法，包括：
S1，构建基于光束线站的自动反馈调光***，其包括局域网，以及与所述局域网连接的光束线***、出射狭缝***、实验站、***参数模块和自动反馈控制模块；其中，所述光束线***、出射狭缝***和实验站依次排布，所述出射狭缝***作为调光光学元件并且包括四个刀口，且所述实验站处设有光强探测***，所述光强探测***包括设于实验站处的金网和光电二极管；
S2，利用自动反馈控制模块通过局域网获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限、读取实时的反馈参数和从***参数模块调取查表模式参数文件的权限，根据查表模式参数文件得到不同调光光学元件的主要调节参数的变化对反馈参数的变化的影响规律；
其中，所述调光光学元件的主要调节参数包括光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数，所述反馈参数包括出射狭缝***的四个刀口的光电流信号、金网和光电二极管的光通量信号；
S3，在出射狭缝***的开口尺寸调大的情况下，根据当前的实验条件尝试调取对应范围内的查表模式参数文件，调取成功，则将查表模式参数文件中的光束线***的调光参数作为调光光学元件的主要调节参数的初始修正偏移量，对光束线***的调光光学元件进行修正；否则，对光束线***的调光光学元件进行手动调节，并利用***参数模块将手动调节结果作为光束线***的调光参数的最优参数以参数列表的形式存入查表模式参数文件中；
S4，通过整体移动出射狭缝***进行扫描的同时测量光电二极管的信号，对出射狭缝***的开口中心的位置进行标定；
S5，利用自动反馈控制模块实时读取出射狭缝***的四个刀口的光电流信号，确定出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差；当电流偏差大于设定的电流偏差阈值时，根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律确定光束线***的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***的调光参数进行修正，光束线***的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***的左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量，否则不进行修正；
S6，在每次根据修正偏移量完成修正后，利用***参数模块将调光光学元件的主要调节参数和反馈参数及时保存到查表模式参数文件中；随后利用自动反馈控制模块，根据查表模式参数文件通过机器学习更新得到根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律。
所述步骤S3具体包括：
S31，设定光源的一个入射光能量值作为当前的实验条件，并放大出射狭缝***的开口尺寸；利用自动反馈控制模块尝试调取***参数模块中的当前的光源的入射光能量值的对应范围内的查表模式参数文件；
S32，判断是否有保存的对应范围内的查表模式参数文件，如果有则尝试调取成功，则进行步骤S33，否则，执行步骤S34；
S33，调取最新日期的查表模式参数文件，并将查表模式参数文件中的光束线***的调光参数的最优参数作为调光光学元件的主要调节参数的初始修正偏移量，通过调光光学元件读入该初始修正偏移量来对调光光学元件进行修正；
若设定的入射光能量值与调取的查表模式参数文件的入射光能量值的差值绝对值小于5eV，则直接进行步骤S4；否则，在通过调光光学元件读入该初始修正偏移量来对调光光学元件进行修正之后，执行步骤S34；
S34，根据***参数模块中的反馈参数对调光光学元件的主要调节参数中的光束线***的调光参数进行手动调节，将手动调节结果作为光束线***的调光参数的最优参数以参数列表的形式制作得到相应的查表模式参数文件，随后执行步骤S4。
在所述步骤S4采用手动调节标定时，所述步骤S4包括：
S41，自动反馈控制模块设定为手动模式，以实验站中的聚焦光学元件为中心进行坐标标定，并设定光路中心；把出射狭缝***的四个刀口的开口尺寸调大，采用光电二极管探测，在调节调光参数的同时观察光电二极管的光通量信号值变化；随后，以参数列表的形式将光电二极管的光通量信号值最大时对应的光束线***的调光参数作为最优参数记录并保存至对应的查表模式参数文件；
S42，逐步减小出射狭缝***的开口尺寸，并调整出射狭缝***的开口中心的位置，同时观察光电二极管的信号的变化，选择最高光通量对应的出射狭缝***的开口中心的位置标定为标定的开口中心；
S43，指定出射狭缝***的开口尺寸，在指定的开口尺寸下，以标定的开口中心为原点，出射狭缝***在垂直于光束的方向上整体移动以进行扫描，在扫描的同时记录得到开口中心在不同扫描位置时的光电二极管的光通量信号值、根据光电二极管的光通量信号值自动定位开口中心的最优位置；
然后将不同的开口尺寸所对应的出射狭缝***的开口中心的最优位置、光电二极管的光通量信号值作为最优参数以参数列表的形式保存至对应的入射光能量值的查表模式参数文件中；
在***参数模块已保存当前的入射光能量值下的光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数的最优参数时，所述步骤S4采用自动调节标定，所述步骤S4包括：
S41’，根据实验需要，确定金网是否在实验时***光路中；若金网在实验时***光路，则将光电二极管的光通量信号值作为步骤S42’记录的光通量信号值，否则，将金网的光通量信号值作为步骤S42’记录的光通量信号值；
S42’，自动反馈控制模块自动导入当前的入射光能量值下的最优参数，在光束线***的调光参数被调节至最优参数并保持不动的情况下，出射狭缝***的开口中心以出射狭缝***的调光参数的最优参数为原点在垂直于光束的方向上整体移动以进行自动扫描，在扫描的同时记录得到开口中心在不同扫描位置时的光通量信号值，从中找到光通量信号值最大时对应的开口中心的最优位置并将出射狭缝***的开口中心驱动至最优位置；将光通量信号值最大时调光光学元件的主要调节参数一同作为最优参数保存至查表模式参数文件中。
出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差包括左右电流偏差和上下电流偏差，其中，左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD分别是：
SRL= (SR-SL) / (SR+SL)，
SUD= (SU-SD) / (SU+SD)，
其中，SR为右刀口的光电流信号，SL为左刀口的光电流信号，SU为上刀口的光电流信号，SD为下刀口的光电流信号。
本发明的一种光束线站自动反馈调光装置***，在更换能量、切换元素以及储存环电子束团波动、光束线光学元件运动机构扰动等因素引起的光斑中心较大幅度抖动时，通过实时监控出射狭缝的四刀电流信号，并确定出射狭缝的四刀口的电流偏差，容易判断实验时光束中心位置的偏移方向和偏移量，从而自动反馈修正光束线光学元件的姿态，通过修正上游光学元件的姿态实现中心光斑始终照射到样品处，维持样品面上光斑通量和位置均保持恒定，从而提高实验效率和实验数据的质量。
此外，对于长时间运行的实验，本发明采用自动反馈控制模块来进行自动反馈，因此实时监测和修正光束中心的偏移，相对于操作人员手动调节，自动调节不用时刻盯着运行状态，也便于用户远程操作控制，极大降低工作人员的劳动强度。高频自动反馈调节提高了实验的效率，同时保证了实验持续性和数据质量。
再者，上游光束线具有众多的调光元件，光束中心偏移是多个因素变量影响的结果，本发明的自动反馈控制模块通过机器学习和大数据分析获取影响规律，因此可以很快地找到并修正对应参数，实现下游光束中心的自动准直。
综上，本发明将光束线***的调节参数、反馈参数集成至自动控制程序模块中，在实验时可实现对光通量变化实时监控并进行修正，同时维持光路中心位置恒定不变，从而实现实验以最佳实验条件长时间运行，极大地提高了实验效率，同时便于用户远程操作控制，极大地降低了实验操作的劳动强度。本发明对提高光束线站实验的效率和实验质量具有重要的意义，对于其它具有同类装置的线站建设具有指导，对于新光源和同类线站的建设提供了技术支持。
附图说明
图1是本发明的光束线站的自动反馈调光***的信号连接关系的示意示意图。
图2是本发明的光束线站的自动反馈调光***的机械结构示意图。
图3是本发明的光束线站的自动反馈调光方法的整体流程图。
图4是本发明的光束线站的自动反馈调光方法的步骤S3-步骤S5的具体操作流程图。
实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1和图2所示为根据本发明的一个实施例的光束线站的自动反馈调光***，其基于现有的实验***，需要在现有的实验***的基础上增设硬件模块或方法步骤来加以实现。所有的整套自动反馈调光装置***为独立于实验站运行，其对光束线调光设备的控制权限的优先级低于实验站。
现有的实验***，包括依次排布的光束线***10、出射狭缝***20和实验站30，并且实验站30处设有光强探测***31。
其中，光束线***10设置为向其下游的实验站30提供不同能量和特性的入射光100，在本实施例中，光束线***10包括依次设置的光源（如波荡器、弯铁或wiggler装置）、平面镜11、单色器光栅12和聚焦镜13，其中，波荡器光源、平面镜11、单色器光栅12和聚焦镜13均为调光光学元件。
实验站30是对样品进行实验的平台，其中心处安装有样品，样品的中心是整条光束线光路准直的坐标参考点。以实验站30是高分辨成像平台为例，实验站30包括真空腔体、光斑聚焦元件（波带片和级选光阑、毛细管等）、多个电机运动滑台，其包括四维度或更高维度的高精度样品位移台以及具有多个不同功能的探测器位移台等。其中光斑聚焦元件根据样品成像需求的光斑大小，将狭缝后的光斑再次聚焦到合适的大小。为了实现实验时光路的高精度快速准直，实验站30的光斑聚焦元件通常要求固定不动，这要求实验时入射光姿态改变时光路中心不动且通量能维持在最优区域。
光强探测***31设置为实时测量或者在光路准直时提前测量出射狭缝***20下游的光通量信号，优选为测量待测样品处的光通量信号。为了便于调节开口尺寸，在本实施例中，所述光强探测***31包括设于实验站30处的金网311和光电二极管312。其中，金网311可移除地设置于实验站30的前端，设置为探测出射狭缝***20后方的实验站30前的光强信息。为了实现实验时光通量的在线测量同时不影响下游样品处光通量，金网311是一定目数（如200目、300目、400mu）的网状结构，从而具有一定的透过率，不需要样品、光电二极管312移出光路，以供在实验时在线使用，但这对于较小尺寸光斑（几十微米）有可能测量不够准确。因此，实验站30的探测器位移台上会配置光电二极管312进行精确测量。光电二极管312设于实验站30内部且样品后端附近的位置，其设置为通过电机可切换的，并且在切换到光路上时测量实验站30内样品处的光强信息。光电二极管312在光路中时，需要样品移出光路。
也就是说，如果实验需要实时在线监测照射到样品上的光通量，金网311移入光路中；如果更精确测量照射到样品上的光通量，移入光电二极管312至光路中，但光电二极管312只能实验前标定光通量。
在光束线安装过程中，已通过激光标定进行了离线光路准直。对于X射线入射的在线情况，需要对一些特定的位置如单色光出射狭缝、实验站前和样品处的光通量信号进行监测来进行光路准直。对于光强探测***，其中部分为光束线站建设时已有，如金网和光电二极管探测器，这两者通过皮安计读出光信号。
此外，在出射狭缝***20和下游实验站30之间还可以设有挡光元件如快门、光阑（如针孔光阑）、光闸等（图未示），其用于调光。在本发明中，为了保证光路中心位置恒定不变，考虑到样品处的光斑最小可至百微米尺寸，故实验站30内还需要配置合适尺寸的针孔光阑进行更高精度的定位。针孔光阑是具有一定尺寸的小孔，如50um，用于选择透过光斑的大小。针孔光阑放置在样品和金网311之前，金网311放置在针孔光阑和样品之间，对于微米级样品，尺寸太小，由于出射狭缝***20距离样品有一定的距离，出射狭缝***20的开口尺寸通常为几十微米，为了更精确地实现光斑中心定位到微米尺寸的样品，故采用针孔光阑。
对于具有单色器的光束线，入射到实验站30的光为扇形分布，为了选取一定带宽的高能量分辨率的入射光，需要设置出射狭缝***20。出射狭缝***20同样作为调光光学元件，其设置为根据实验站30的需求调节入射光的能量分辨率和空间相干性。如图2所示，在本实施例中，出射狭缝***20通常选择四刀狭缝，该四刀狭缝包括两对相对运动的刀口，即四刀狭缝左刀口21、四刀狭缝右刀口22、四刀狭缝上刀口23、四刀狭缝下刀口24这四个刀口，且四刀狭缝的四个刀口为相互独立且相互之间无连通。四刀狭缝的开口尺寸通常只有几十微米，且开口尺寸和开口中心的位置均可通过电动调节，便于调节出射光的单色性和空间相干性。
同步辐射光源的光束线布局通常几十米长，上游光束线光学元件轻微的扰动或错误即可导致出射狭缝***20处中心光斑偏离四刀狭缝的开口中心，造成下游的实验站30处光强急剧下降。鉴于狭缝开口较小，入射到不同刀口上光斑的面积直接决定着该刀口的信号大小，如果引出四个刀口的光信号值，通过相对变化即可判断出光斑中心偏离的方向和偏离量，通过对各个光学调光元件姿态修正可以实现中心光斑位置修正。因此，本发明的出射狭缝装置20上设有分别与四刀狭缝的四个刀口电连接的光电信号转换装置和与光电信号转换装置连接的电流转电压装置，光电信号转换装置与四刀狭缝的四个刀口通过导线电连接。所述光电信号转换装置设置为把照射到四刀狭缝的四个刀口上的光信号转化为电流信号进行探测读取，电流转电压装置设置为将四个刀口的光电流信号转为电压形式，以实现远程数据传输。鉴于光束线站均覆盖一定的能量范围，不同的能量具有不同的光通量，低能和高能对应的通量甚至会相差一个量级。因此，电流转电压装置需具有量程显示自动可调功能以提高读出信号的信噪比，通过自动跳转到小量程来使得读数变大。
该电流转电压装置的电子学部分需具有一定的数据采集频率和数据读出频率，如具有1MHz的数据采集频率，1kHz的数据读出频率，便于通过对四个刀口上的信号值的变化快速反馈修正光学元件姿态加以调整。两者频率之差要求电子学具有对高频采集的数据进行平均化处理以提高信号比。采集频率可以做到更高GHz，但是成本也高，但实际不需要这么高的需求；数据读出频率需要参考对调光元件的参数的修正时间，故不需要太高。
由于入射到四刀狭缝的光斑大于狭缝开口，四个刀口相互独立且相互之间无连通，入射光照射到刀口上由于光信号转换装置的光电效应会导致外部电子回流，形成纳安级别的微弱电流。而四个刀口的光电流信号大小与入射到刀口上的光斑面积有关，故在水平方向或者竖直方向的一对刀口上，一侧电流大，表明此侧的入射光面积大于另一侧，说明光在该对刀口的方向上出现了偏离。
再请参见图1，本发明的光束线站的自动反馈调光***除了包括现有的实验***，还包括用于连接光束线***10、出射狭缝***20、光强探测***31的局域网40。具体来说，局域网40接入了光束线***10的调光光学元件，调光光学元件包括聚焦镜13、单色器光栅12、平面镜11等，调节调光光学元件的姿态会改变下游光斑中心；局域网40接入了出射狭缝的电流转电压装置，从而以一定的采集频率读取四刀狭缝的四个刀口的电流信号，具体来说，电流转电压装置配置有网络地址以便于接入局域网40中；局域网40接入光强探测***31，从而以一定的采集频率读取样品处的光通量信号值。
本发明的光束线站的自动反馈调光***还包括***参数模块50，其设置为将本发明的自动反馈调光***所涉及到的所有参数存储于查表模式参数文件，这些参数可能来自于通过大量的手动调节光束线慢慢保存累积的参数文件。其中，***参数模块50保存的参数具体包括：1）调光光学元件的主要调节参数，其主要涉及对光束调节具有较大影响的光学元件，包括：a）光束线***10的调光参数，其包括光源的入射光能量值E以及波荡器的Gap值和Shift值；平面镜11和聚焦镜13的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；单色器光栅12的线密度，cff值（固定聚焦常数），xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度； b）出射狭缝***20的调光参数，其包括出射狭缝***20的开口中心坐标和开口尺寸； 2）反馈参数，包括：a）出射狭缝***20的四个刀口的光电流信号；以及b）实验站处光强探测***31的光通量信号，其包括金网311和光电二极管312的信号。在某些实施例中，***参数模块50保存的参数还可以包括：快门对光束的开闭的响应时间，其同样作为调光光学元件的主要调节参数。
需要说明的是，***参数模块50中的出射狭缝***20的调光参数的列表与光束线***10的调光参数的列表不一定一一对应，在某些实施例中，可能同一个a）光束线***10的调光参数对应多个b）出射狭缝***20的调光参数。
在本实施例中，光源为波荡器，光源的入射光能量值E可以通过波荡器的Gap值和Shift值来进行更改，因此，光束线***10的调光参数除了包括调光光学元件的参数，还包括波荡器的Gap值和Shift值，Gap值为磁铁间距，Shift值为一对磁铁相互错开的值。波荡器通过更改波荡器的Gap值和Shift值（Gap值为磁铁间距，Shift值为一对磁铁相互错开的值）可选择光束线的能量、通量和偏振姿态，从而选择合适的入射光。在另外一些实施例中，光源不是波荡器，则光束线***10的调光参数不包括波荡器的Gap值和Shift值。
自动反馈控制模块60设置为通过局域网40获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限、读取实时的反馈参数和从***参数模块调取查表模式参数文件的读取权限，根据查表模式参数文件得到根据不同调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数的变化对反馈参数（尤其是四个刀口的光电流信号）的变化的影响规律。自动反馈控制模块60还设置为实时读取出射狭缝***20的四个刀口的光电流信号（还可以另外读取实验站处光强探测***31的光通量信号），通过出射狭缝***20的四个刀口的光电流信号实时确定出射狭缝***20的电流重心相对于出射狭缝***20的开口中心的电流偏差，当电流偏差大于设定的电流偏差阈值时，根据上述的影响规律确定调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***10的调光参数进行修正。其中，调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***20左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量。由此，通过自动反馈实现下游实验站处光路自动准直和维持最大光通量恒定不变。
在本实施例中，***参数模块50和自动反馈控制模块60均安装于一控制电脑上，通过连接局域网40来与其他的光束线***10、出射狭缝***20、光强探测***31连接。自动反馈控制模块60应当具有可远程操控的权限，此便于实验操作人员的远程离线控制。
如果光束线站为一线多站配置，需要多个自动反馈控制模块60以对多个光束线站的自动调节，每个自动反馈控制模块60需要匹配一个不同的***参数模块50。
由于每条光束线站设计覆盖一定的能量范围，所保存的***参数模块50中不可能精确到实验时的入射光能量值，因此，自动控制程序60需要具有对从***参数模块50读入的最接近的入射光能量值的参数进行插值处理的功能。
在本实施例中，自动反馈控制模块60接入光束线***、出射狭缝***的控制软件以获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限，做好不同控制软件的匹配衔接问题，控制权限的优先级，同时需要考虑数据控制时的及时反馈速度。
调光光学元件包括光束线***10的光源、平面镜11、聚焦镜13和单色器光栅12、以及出射狭缝***20的各个刀口。
需要说明的是，调光光学元件的主要调节参数首先需要预先手动调节并优化到最佳姿态，如上文所述，调光光学元件的主要调节参数，包括：a）光束线***10的调光参数，其包括光源的入射光能量值E以及波荡器的Gap值和Shift值；平面镜11和聚焦镜13的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；单色器光栅12的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度； b）出射狭缝***20的调光参数，其包括出射狭缝***20的开口中心坐标和开口尺寸。随后，通过大量的调光光学元件的主要调节参数和对应的反馈参数，逐渐形成查表模式参数文件。得到的查表模式参数文件包括不同调光光学元件的主要调节参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，不同调光光学元件的主要调节参数具体包括光源的入射光能量值E以及波荡器的Gap值和Shift值；平面镜11和聚焦镜13的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；单色器光栅12的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度； b）出射狭缝***20的调光参数，其包括出射狭缝***20的开口中心坐标和开口尺寸。接着，在众多的影响因素导致光源中心偏离、供电因素导致的调光设备姿态的不稳定以及地面震动等因素导致的实验站30的光通量具有明显变化时时，通过自动调取查表模式参数文件来获取不同调光光学元件的主要调节参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，根据不同调光光学元件的主要调节参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，通过数值计算自动寻找作为光通量对应的各个调光光学元件的主要调节参数作为修正偏移量，根据修正偏移量对调光光学元件的主要调节参数进行修正，以便于快速实现光路的准直和通量恒定姿态的维持。需要注意的是，高效率调取查表模式参数文件来进行自动反馈调光要求所有的调光光学元件具有能够反复调整的高精度定位，因此，每个调光光学元件（包括平面镜11、单色器光栅12和聚焦镜，以及出射狭缝***20的刀口）均需要配置编码器和光栅尺等高精度运动测量器件以获取调光光学元件的主要调节参数，并保证移动的精度。具体来说，光栅尺固定在每个调光光学元件的电动滑台上，编码器通过发射激光照射到光栅尺上，根据不动位置处反射的光推断电机的准确位置。
因而，参照图2所示的光束线站布局图以及图3所示的自动反馈调光的流程图，基于光束线站的自动反馈调光***所实现的光束线站的自动反馈调光方法包括如下步骤：
步骤S1，构建如图1所示且如上文所述的基于光束线站的自动反馈调光***；
其中，基于光束线站的自动反馈调光***包括局域网40、与局域网40相连且依次排布的光束线***10、出射狭缝***20和实验站30、与局域网40相连的***参数模块50和自动反馈控制模块60，所述出射狭缝***20作为调光光学元件并且包括四个刀口，且所述实验站30处设有光强探测***31；将光束线***10的光源、平面镜11、聚焦镜13和单色器光栅12以及出射狭缝***20的各个刀口作为调光光学元件。
步骤S2，利用自动反馈控制模块60通过局域网40获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限、读取实时的反馈参数和从***参数模块50调取和查表模式参数文件的权限，所述查表模式参数文件包括不同调光光学元件的主要调节参数的变化对反馈参数的变化的影响规律；
所述步骤S2具体包括：步骤S21，局域网接入光束线***10和出射狭缝***20，通过局域网40获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限；步骤S22，通过局域网连接出射狭缝***20的电流转电压装置，以获取读取出射狭缝***20的四刀口的光电流信号的权限；步骤S23，局域网接入光强探测***31，以获取读取信号值的权限。
光学元件的主要调节参数的控制权限用于修改调光光学元件的主要调节参数。调光光学元件的主要调节参数，其主要涉及对光束调节具有较大影响的光学元件，包括：a）光束线***10的调光参数，其包括光源的入射光能量值E以及波荡器的Gap值和Shift值；平面镜11和聚焦镜13的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；单色器光栅12的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度； b）出射狭缝***20的调光参数，其包括出射狭缝***20的开口中心坐标和开口尺寸。在某些实施例中，快门对光束的开闭的响应时间，其同样作为调光光学元件的主要调节参数。
***参数模块50中的反馈参数包括a）出射狭缝***20的四个刀口的光电流信号；以及b）实验站30处光通量信号，其包括金网311和光电二极管312的信号。
步骤S3：在出射狭缝***20的开口尺寸调大的情况下，根据当前的实验条件尝试调取对应范围内的查表模式参数文件，调取成功，则将查表模式参数文件中的调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数作为初始修正偏移量，在出射狭缝***20的开口尺寸调大的情况下对光束线***10的调光光学元件进行修正；否则，对光束线***10的调光光学元件进行手动调节，并利用***参数模块50将手动调节结果作为光束线***的调光参数和反馈参数的最优参数以参数列表的形式存入查表模式参数文件中。
在存入查表模式参数文件的过程中，手动调节结果作为光束线***10的调光参数的最优参数。通常来讲，步骤S3的手动调节结果仅作为下一次设置的参数，而非用于之后的机器学习。
所述步骤S3具体包括：
步骤S31，设定光源的一个入射光能量值E作为当前的实验条件，并放大出射狭缝***20的开口尺寸；利用自动反馈控制模块60尝试调取***参数模块50中的当前的光源的入射光能量值的对应范围内的查表模式参数文件。
其中，当前的光源的入射光能量值的对应范围是以当前设定的入射光能量值E的上下浮动的一定范围，如设定的入射光能量值E为700eV，程序调取的当前的光源的入射光能量值的对应范围为680-720eV内的查表模式参数文件。
考虑到每条光束线均覆盖一定的能量范围，在该能量范围内只能选择一个合适的入射光能量值E做优化，其它能量以此做调节。以能量为250eV-2000eV的光束线而言，设计时通常选择700eV为中心能量进行上下游光学元件等设备的进行优化。实际实验时700eV光最强，但是低能250eV或高能2000eV不管光学元件怎么优化，光强都相对较弱。在实际试验时，可以选择能量段内的任意能量值。
步骤S32，尝试调取成功，则进行步骤S33，否则，说明尝试调取失败，则执行步骤S34。
其中，判断是否有保存的对应范围内的查表模式参数文件，如果有则尝试调取成功，反之，则尝试调取失败。
步骤S33，在尝试调取成功时，调取最新日期的查表模式参数文件，并将查表模式参数文件中的光束线***10的调光参数的最优参数作为调光光学元件的主要调节参数的初始修正偏移量，通过调光光学元件读入该初始修正偏移量来对调光光学元件进行修正。
查表模式参数文件的每一组数据包含能量+日期+调光光学元件的坐标参数；在能量一定的情况下，通常是调取最接近设定的入射光能量值且最近日期的参数文件。
为了保证光通量最强，保存文件尽可能接近设定的入射光能量值。因此，步骤S33还包括：若设定的入射光能量值与调用的查表模式参数文件的入射光能量值的差值绝对值小于5eV，则认为得到调光光学元件读入该初始修正偏移量是准确的，此时直接进行步骤S4；否则，认为得到调光光学元件读入该初始修正偏移量是近似的，因此，在通过调光光学元件读入该初始修正偏移量来对调光光学元件进行修正之后，执行步骤S34，以实现手动调节。
步骤S34，根据***参数模块50中的反馈参数对调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数进行手动调节，将手动调节结果作为光束线***的调光参数的最优参数以参数列表的形式制作得到相应的查表模式参数文件，随后执行步骤S4。由此，实现了光路中心的手动调节。
在本实施例中，所述步骤S34中，根据***参数模块50中的反馈参数中的金网311的信号进行手动调节。
此外，步骤S34可以包括：跳出表示需要进行手动调节的警示说明。
所述步骤S34具体包括：
步骤S341，对波荡器的Gap值和Shift值进行调节，以得到设定的入射光能量值的光源，随后，对单色器光栅12的转动角度进行调节，以及对聚焦镜13的姿态进行调节，同时观察金网311测量的样品处的光通量信号，以将样品处的光通量信号调节至最高光通量；
由此，通过上述调光元件姿态的耦合，实现在对应的能量范围内实验站光强具有最高光通量，最高光通量通过观察实验站样品处金网311的信号值曲线来判断。
步骤S342，将最高光通量所对应的调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数和金网311的信号值以参数列表的形式存入查表模式参数文件并保存；
如上文所述，调光光学元件的主要调节参数，包括：a）光束线***10的调光参数，其包括光源的入射光能量值E以及波荡器的Gap值和Shift值；平面镜11和聚焦镜13的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；单色器光栅12的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度； b）出射狭缝***20的调光参数，其包括出射狭缝***20的开口中心坐标和开口尺寸。这些参数可以通过每个调光光学元件上配置的高精度运动测量器件来测量得到。
由此，查表模式参数文件能够保存不同能量值的光束线***10的调光参数的最优参数和最高光通量，并且据此能够得到相应的光束线***10的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律。
另外，由于光束线单色器具有多块单色器光栅12（具有不同的线密度），每块光栅对应的能量范围有重叠，但是产生的入射光的能量分辨率（即单色性）不同。为了区别对待，对于新制作或者更新的***参数模块50中的查表模式参数文件的参数列表，具体的命名至少应该包含单色器光栅12的选择（在本实施例中，还包括查表模式参数文件的命名还包括入射光能量值+gap+shift+光栅姿态参数+聚焦镜姿态参数+运动时间+日期），上述命名便于以后自动反馈控制模块60的调用。
在步骤S341中，为了避免硬件设备出现故障造成卡死，在将待测样品处的光通量信号调节至最高光通量之前，需要预设一个光束线调节时间阈值，对未能在光束线调节时间阈值内将待测样品处的光通量信号调节至具有最高光通量的情况加以警示。
光束线调节时间阈值可以是5分钟，如果未完成可能电机卡死或者进入死循环，程序需给出警示信号。
步骤S4，通过整体移动出射狭缝***20进行扫描的同时测量样品处的光电二极管312的光通量信号，对出射狭缝***20的开口中心的位置进行标定。
由于最后实验站样品的中心点最好固定不变，光束线站所有光学元件、光阑装置和狭缝等均需要以样品中心点坐标做光路准直。虽然光束线站建设完成后已采用激光装置以样品中心点标定好出射狭缝开口的中心位置，但是由于长时间运行过冲中的多种影响因素，上述标定好的中心位置已无参考价值。考虑到各个设备调节机构波动及故障的影响，以及不同操作人员可能改变调光光学元件的坐标位置。在自动反馈调光控制程序启动前最好对出射狭缝***20的开口中心的位置进行标定。其中，对出射狭缝的中心位置进行标定消除了出射狭缝的中心位置与样品中心的光路准直误差问题，需要观察样品处光强探测***的信号变化，扫描出射狭缝，光强最大时对应出射狭缝的中心与样品中心实现光路准直。
步骤S4可以通过手动调节标定和读取参数文件自动调节两种情况来实现。
在所述步骤S4采用手动调节标定时，所述步骤S4包括：
步骤S41，自动反馈控制模块60设定为手动模式，以实验站30中的聚焦光学元件为中心进行坐标标定，并设定光路中心；把出射狭缝***20的四个刀口的开口尺寸调大，采用样品处的光电二极管312探测，在调节光束线***10的调光参数的同时观察光电二极管312的光通量信号值变化。其中，在信号值最大时对应的调节调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数可以用来实现光路中心准直。随后，以参数列表的形式将光电二极管312的光通量信号值最大时对应的光束线***10的调光参数作为最优参数记录并保存至对应的查表模式参数文件。
需要说明的是，步骤S34是出射狭缝不动，以四刀狭缝中心为参考点调节上游光学元件实现光路准直。步骤S4则是上游光不动，以下游样品处信号为参考点，只调节出射狭缝中心位置移动。
在本实施例中，将在样品前***的一固定尺寸的针孔光阑设定为光路中心。如果存在挡光元件，则在四个刀口的开口尺寸调大的同时，还需要把实验站之前的挡光元件移开光路；挡光元件可以是光阑、光闸、快门等等。
步骤S42，如图2所示，逐步减小出射狭缝***20的开口尺寸，并调整出射狭缝***20的开口中心的位置，同时观察金网311或光电二极管312的信号的变化，选择最高光通量对应的出射狭缝***20的开口中心的位置标定为标定的开口中心。
金网311或光电二极管312的信号测量的是样品处或者附近的光通量信号。
在实际实验过程中，由于电机抖动和故障等原因，会导致出射狭缝的实际中心位置移动而偏移（几个毫米甚至几十毫米），导致透过其中心的光并不能入射到下游样品处（200微米的区域）。因此，需要以样品点来标定出射狭缝的中心位置，此时需要把样品处光电二极管（pd）移入光路。由于光电二极管尺寸较大（20mm×20mm），而样品处光斑只有百微米级，故需要在pd前***一定尺寸的小孔来定位样品中心；通过移动出射狭缝在垂直光路的平面内扫描运动，同时记录对应光电二极管的信号值，信号值最大即对应出射狭缝的中心。
步骤S43，指定出射狭缝***20的开口尺寸，在指定的开口尺寸下，以标定的开口中心为原点，出射狭缝***20在垂直于光束的方向上整体移动以进行扫描，在扫描的同时记录得到开口中心在不同扫描位置时的光电二极管312的光通量信号值、根据光电二极管312的光通量信号值自动定位开口中心的最优位置；然后将不同的开口尺寸所对应的出射狭缝***20的开口中心的最优位置、光电二极管312的光通量信号值作为最优参数以参数列表的形式保存至对应的入射光能量值的查表模式参数文件中。
其中，出射狭缝***20的电流重心相对于出射狭缝***20的开口中心的电流偏差包括左右电流偏差和上下电流偏差，其中，左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD分别是：
SRL= (SR-SL) / (SR+SL)，
SUD= (SU-SD) / (SU+SD)，
SR为右刀口的光电流信号，SL为左刀口的光电流信号，SU为上刀口的光电流信号，SD为下刀口的光电流信号。
在步骤S43中，具体来说，如图2所示，由于不同入射光对应的光斑形状不同，在四刀狭缝处具有不同的光强分布，需要考虑入射到四刀上的光斑是否为圆形光斑或者方形光斑，因此，在得到出射狭缝***20的电流重心的基础上，需要配合扫描方法来确定电流重心与开口中心的不同物理位置偏差各自对应的电流重心相对于开口中心的不同电流偏差（即左右电流偏差和上下电流偏差）、光电二极管312的信号值，从而实现标定，通过开口中心的位置、四刀口的光电流信号、光电二极管312的信号值便可计算出四刀电流的重心位置的电流偏差所对应的物理位置偏差。在机械上保证中心光路准直的前提下，需要根据出射狭缝***20的电流重心与狭缝中心进行比对，然后对水平、竖直方向信号进行一定的修正处理（其实是通过水平方向和数值方向的光电流信号差做标定）。考虑到狭缝具有一定开口时，开口中心即为狭缝的几何中心，光斑中心与光电流信号的中心对应，如果光斑中心未偏离，上下和左右刀口的光电流信号值一样，表明光电流信号的重心与出射狭缝***20的开口中心重合。因此，步骤S43得到的开口中心的位置与出射狭缝***20的电流重心（即光斑中心）重合，步骤S42标定的开口中心可以是正确的光斑中心，也可以有一定的偏差；如果步骤S42标定的开口中心是正确的光斑中心，则步骤S43扫描后找到的开口中心的位置不变；如果标定的开口中心有偏差，则步骤S43扫描后找到的开口中心的位置根据步骤S43测量到的光斑中心与开口中心的重合时的开口中心位置来更新得到。
由此，实现了出射狭缝***20与实验站的聚焦光学元件的光路准直过程，并且记录了出射狭缝***20与聚焦光学元件在不同位置偏差下的信号值变化。
其中，以标定的开口中心为原点整体移动以进行扫描具体包括：出射狭缝***20以标定的开口中心为原点做螺旋或格点模式运动。格点模式运动是指以标定的开口中心为原点一行一行移动；螺旋运动是以标定的开口中心为原点做螺旋形扫描。信号值最大时即是狭缝几何中心与后面的聚焦光学元件的中心、样品中心实现光路准直。
其中，光电二极管312的信号值位于最高光通量附近，且出射狭缝***20的左、右刀口的信号值一样大和上、下刀口的信号值一样大，则此时的出射狭缝***20的开口中心的位置为开口中心的正确位置。
由于上文在步骤S33中，在尝试调取成功时，若设定的入射光能量值与调用的查表模式参数文件的入射光能量值的差值绝对值小于5eV，则认为得到调光光学元件读入该初始修正偏移量是准确的，进一步通过步骤S4对出射狭缝***20的开口中心的位置进行标定，否则，需要执行步骤S34来保证待测样品处的光通量信号调节至最高光通量，因此，在步骤S4对出射狭缝***20的开口中心的位置进行标定时，所采取的调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数是使得实验站内金网311的信号值维持最大读数的参数，步骤S4能够在金网311的信号值维持最大读数的前提下，尽可能保证四刀狭缝水平、竖直电流信号相对差值最小。由此，中心光斑光强分布在一定的区域内具有相对稳定的恒定强度，上述的步骤S33和步骤S4的设置保证了出射狭缝***20的开口中心的位置处于中心光斑光强分布中的相对稳定的区域内，避免实验过程中光束线调光设备的抖动和有关设备运动电机的抖动引起的光路中心的偏离，保证对抖动具有较大的容忍度。
在所述步骤S43中，指定的出射狭缝***20的开口尺寸的数量可以是多个，从而保存多个开口尺寸所对应的出射狭缝***20的调光参数列表。相应地，对于***参数模块50，其中保存的出射狭缝***20的调光参数的列表与光束线***10的调光参数的列表不一定一一对应，在某些实施例中，可能同一个a）光束线***10的调光参数对应多个b）出射狭缝***20的调光参数。这是由于，考虑到对于实验所需的特定的入射光能量值的入射光，在四刀狭缝处光斑的分布是恒定的，且大小不变；但同时为了满足实验时需要选择不同能量分辨率的入射光，需要在同一入射光能量值的条件下随时调节四刀狭缝的开口尺寸（即一个光束线***10的调光参数对应多个出射狭缝***20的调光参数）。开口尺寸大小所选取的中心光斑区域不同，这导致四刀电流信号读数的相对差值可能会出现变化，因此需要记录常用的几个开口尺寸对应的信号值的相对差值至参数文件中，以便于实验时随时调取和修正。
在***参数模块50已保存当前的入射光能量值下的光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数的最优参数时，所述步骤S4能够采用自动调节标定；在所述步骤S4采用自动调节标定时，所述步骤S4包括：
步骤S41’，根据实验需要，确定实验站30中的金网是否在实验时***光路中；若金网在实验时***光路，则将光电二极管312的光通量信号值作为步骤S42’记录的光通量信号值，否则，将金网311的光通量信号值作为步骤S42’记录的光通量信号值。
通常对于成像实验，考虑到光通量对成像的信噪比至关重要，通常金网需要移出光路。对于吸收谱实验，通常需要金网实现对入射光通量进行实时同步探测，故金网需要移入光路中。
步骤S42’，自动反馈控制模块60自动导入当前的入射光能量值下的最优参数，在调节调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数被调节至最优参数并保持不动的情况下，出射狭缝***20的开口中心以出射狭缝***的调光参数的最优参数为原点在垂直于光束的方向上整体移动以进行自动扫描，在扫描的同时记录得到开口中心在不同扫描位置时的光电二极管312的光通量信号值，从中找到光通量信号值最大时对应的开口中心的最优位置并将出射狭缝***20的开口中心驱动至最优位置；将光通量信号值最大时所有的调光光学元件的主要调节参数一同作为最优参数保存至查表模式参数文件中。
当前的入射光能量值下的最优参数指的是最高光通量下或者出射狭缝***20左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时，所对应的调节调光光学元件的主要调节参数的值。由于***参数模块50已保存当前的入射光能量值下的所有参数列表，因此，最优参数的参数类型同时包括了所有参数类型。由此，通过出射狭缝***20的开口中心在垂直于光束的方向上整体移动的自动扫描，实现了验证光通量和光斑中心位置是否达到最佳实验姿态，即验证最优参数是否确实是最优的。
步骤S5，利用自动反馈控制模块60实时读取出射狭缝***20的四个刀口的光电流信号，确定出射狭缝***20的电流重心相对于出射狭缝***20的开口中心的电流偏差；根据电流偏差对调节调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数进行自动反馈修正，具体来说，当电流偏差大于设定的电流偏差阈值时，根据光束线***10的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律确定光束线***的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***的调光参数进行修正，光束线***的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***的左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量，否则不进行修正。由此，维持光束中心恒定，保证实验站内样品处具有最高光通量。
由于光束线上游有多个调光元件影响下游光束的中心，因此自动反馈控制模块60内置多种逻辑判断准则。
其中，出射狭缝***20的电流重心相对于出射狭缝***20的开口中心的电流偏差包括左右电流偏差和上下电流偏差，其中，左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD分别是：
SRL= (SR-SL) / (SR+SL)，
SUD= (SU-SD) / (SU+SD)，
SR为右刀口的光电流信号，SL为左刀口的光电流信号，SU为上刀口的光电流信号，SD为下刀口的光电流信号。
左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD可以定量的表示光束中心偏移的强弱程度。假设光束相对于出射狭缝***20在水平方向上左右偏转，导致左右两个刀口的光电流信号的差值出现明显的增大。若SRL为正，说明光束往右刀口方向移动；如果SUD为负数，说明光束往左刀口方向移动。考虑到上游调光元件控制电机的移动精度和误差，上述差值SRL不为零，但是很小的时候视作刀口不移动。因此，设定一个电流偏差阈值Sv，如5%，如果左右电流偏差SRL的绝对值>电流偏差阈值Sv，自动反馈启动，自动反馈控制模块60根据光束线***10的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，确定主要调节参数中的光束线***10的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***10的调光参数进行修正，以实现光束中心的修正；反之，自动反馈不启动。类似地，如果光束在竖直方向上偏移，其判断逻辑与上述类似，如果上下电流偏差SUD的绝对值>电流偏差阈值Sv，自动反馈启动，自动反馈控制模块60根据不同调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，确定主要调节参数中的光束线***10的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***10的调光参数进行修正，以实现光束中心的修正；反之，自动反馈不启动。
其中，调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***20左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量。
如果光束往斜方向偏移，需要耦合两种逻辑判断准则，即左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD的位移和的绝对值>电流偏差阈值Sv，自动反馈启动，反之，自动反馈不启动。
此外，步骤S5还可以设定其它判断逻辑，如出射狭缝***20的四个刀口的光电流信号之和需要大于一定的值时才进行上述电流偏差的判断，这是避免停光时四个刀口均具有一定的背底噪声信号，但是相对差值和阈值的判断逻辑并不适用，也无意义。
所述步骤S5还包括：实时监控金网的信号值，以实时监控光通量变化，根据实时的金网的信号值来调节光束线***10的调光参数，以修正入射到出射狭缝上的中心光斑实现光路自动准直；其中，光束线***10的调光参数包括光束线的最下游的聚焦镜的姿态（包括xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度），如果后面光强差别较大，还需要调节光栅的有关参数。
需要说明的是，在实际的工作过程中，自动反馈检测出射狭缝的四刀电流信号和检测狭缝后面的金网信号是同步进行的。通常来讲，如果出射狭缝的中心位置已标定好，金网信号最大时，同时出射狭缝四刀电流在水平和竖直方向的偏差也分别最小。
此外，手动模式还可以针对加速器电子轨道偏差较大，造成光通量检测***探测到的光通量与已有保存的最优参数偏差数个量级，***调入已保存的历史参数有可能长时间不能寻找到最高光通量。此时需要切换到手动模式，根据光束线站运行人员的经验先进行手动寻找，大体确定后切换到自动模式寻找最佳位置。因此，在当前监控的金网的信号值与最优的金网的信号值偏差数个量级，则回到步骤S3，以切换回手动模式，根据光束线站运行人员的经验先进行手动寻找。
自动控制程序通过监测四个刀口的光电流信号修正光束线***10的多个调光光学元件的姿态时，由于变量太多，调光光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数耦合后对四个刀口的光电流信号的影响规律很难判断。因此，所述影响规律可以通过***参数模块50的查表模式参数文件和机器学习来获得，机器学习是根据大量的模拟计算各个光学元件的主要调节参数中的光束线***10的调光参数对四个刀口的光电流信号的影响规律来寻找最佳的参数组合，以此来修正各个光学元件的姿态。
机器学习的数据是根据光束线调光元件的设计、布局和运动特点，通过理论计算分析得到调光元件对下游光束中心的影响规律。然后通过实际实验时光路准直对应的调光元件的姿态进行修正，以消除理论和实际的偏差。
步骤S6，在每次根据修正偏移量完成自动反馈修正后，利用***参数模块50将调光光学元件的主要调节参数和反馈参数及时保存到查表模式参数文件中；随后利用自动反馈控制模块60，根据查表模式参数文件通过机器学习更新得到根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律。
在所述步骤S6后，还可以包括步骤S7：回到步骤S5，由此，步骤S6保存的查表模式参数文件能够用于下一个实验光路准直，以及用于影响规律的机器学习。
由此，对于实验过程中光源抖动、调光设备姿态波动、运动电机偏移等导致四刀狭缝处的光斑中心抖动甚至较小偏移的情况下，通过步骤S5的自动反馈控制模块60的自动反馈修正能够维持光路准直。
考虑到严重的突发事件，如光束线控制程序报错，调光元件的运动电机故障等因素会导致中心光斑具有较大的偏移，此时出射狭缝***20的电流重心相对于出射狭缝***20的开口中心的电流偏差会变得非常大。因此，自动反馈控制模块60中设置有电流偏差超限阈值，在所述步骤S5中，如果电流偏差超过电流偏差超限阈值，则自动反馈控制模块60需给出错误信息警示，并回到步骤S3，以便于实验操作人员及时发现并排除故障。
电流偏差超限阈值具体的需要根据上游调光元件的电机精度来决定，真实实验中需要实测多组数据统计得出。
通过上述步骤，能够快速精确定位光路中心，同时实时位置样品处光通量最佳，可以有效地提高实验效率和数据质量。
控制程序自动运行时，所有数据参数均在显示界面上显示，如果出现特殊情况，如光源停光、个别数据出现异常波动、样品信号未达到预期的要求等，需要给出必须的错误警示信息，便于实验操作人员及时排除故障。
***参数模块中所包含的多套数据列表，自动控制程序可以通过大数据分析、机器学习等实现影响规律的获取，实现一定能量范围内的***参数的自动更新和优化，便于实现步骤S5自动光路准直。
通过本发明的方法，能够快速地实现中心光路准直和最佳光通量实验条件，同时实验过程中实时反馈修正光束中心和维持最大光通量。极大缩短了人工调光时间，大大提高了实验效率，减轻了工作人员的劳动强度。同时，本发明配合自动化数据采集的方式便于用户远程控制，提高了实验的可操作性。并且，本发明可以拓展到其它不同种类的实验方法中，对于不同科学领域的发展具有极大的推动作用。
发明的一种光束线站自动反馈调光装置***，在更换能量、切换元素以及储存环电子束团波动、光束线光学元件运动机构扰动等因素引起的光斑中心较大幅度抖动时，通过实时监控出射狭缝的四刀电流信号，并确定出射狭缝的四刀口的电流偏差，容易判断实验时光束中心位置的偏移方向和偏移量，从而自动反馈修正光束线光学元件的姿态，通过修正上游光学元件的姿态实现中心光斑始终照射到样品处，维持样品面上光斑通量和位置均保持恒定，从而提高实验效率和实验数据的质量。
此外，对于长时间运行的实验，本发明采用自动反馈控制模块来进行自动反馈，因此实时监测和修正光束中心的偏移，相对于操作人员手动调节，自动调节不用时刻盯着运行状态，也便于用户远程操作控制，极大降低工作人员的劳动强度。高频自动反馈调节提高了实验的效率，同时保证了实验持续性和数据质量。
再者，上游光束线具有众多的调光元件，光束中心偏移是多个因素变量影响的结果，本发明的自动反馈控制模块通过机器学习和大数据分析获取影响规律，因此可以很快地找到并修正对应参数，实现下游光束中心的自动准直。
综上，本发明将光束线***的调节参数、反馈参数集成至自动控制程序模块中，在实验时可实现对光通量变化实时监控并进行修正，同时维持光路中心位置恒定不变，从而实现实验以最佳实验条件长时间运行，极大地提高了实验效率，同时便于用户远程操作控制，极大地降低了实验操作的劳动强度。本发明对提高光束线站实验的效率和实验质量具有重要的意义，对于其它具有同类装置的线站建设具有指导，对于新光源和同类线站的建设提供了技术支持。
以上所述的，仅为本发明的典型实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (10)
1.一种光束线站的自动反馈调光***，其特征在于，包括局域网，以及与所述局域网连接的光束线***、出射狭缝***、实验站、***参数模块和自动反馈控制模块；
其中，所述光束线***、出射狭缝***和实验站依次排布，所述出射狭缝***作为调光光学元件并且包括四个刀口，且所述实验站处设有光强探测***，所述光强探测***包括设于实验站处的金网和光电二极管；
所述***参数模块设置为将调光光学元件的主要调节参数和反馈参数存储于查表模式参数文件，所述调光光学元件的主要调节参数包括光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数，所述反馈参数包括出射狭缝***的四个刀口的光电流信号、金网和光电二极管的光通量信号；
所述自动反馈控制模块设置为获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限、读取实时的反馈参数的权限和从***参数模块调取查表模式参数文件的权限，根据查表模式参数文件得到根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律；以及实时读取出射狭缝***的四个刀口的光电流信号，通过出射狭缝***的四个刀口的光电流信号实时确定出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差；当电流偏差大于设定的电流偏差阈值时，根据所述影响规律确定光束线***的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***的调光参数进行修正，光束线***的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***的左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量。
2.根据权利要求1所述的光束线站的自动反馈调光***，其特征在于，所述光束线***包括依次设置并且作为调光光学元件的光源、平面镜、单色器光栅和聚焦镜，所述光束线***的调光参数包括光源的入射光能量值E，平面镜和聚焦镜的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度，以及单色器光栅的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；所述出射狭缝***的调光参数包括出射狭缝***的开口中心坐标和开口尺寸。
3.根据权利要求2所述的光束线站的自动反馈调光***，其特征在于，所述光源为波荡器，且所述光束线***的调光参数还包括波荡器的Gap值和Shift值。
4.根据权利要求1或2所述的光束线站的自动反馈调光***，每个调光光学元件均配置有编码器和光栅尺，以获取调光光学元件的主要调节参数。
5.根据权利要求1所述的光束线站的自动反馈调光***，其特征在于，所述出射狭缝装置上设有分别与四刀狭缝的四个刀口电连接的光电信号转换装置和与所述光电信号转换装置连接的电流转电压装置。
6.根据权利要求1所述的光束线站的自动反馈调光***，其特征在于，所述金网设置于实验站的前端，所述光电二极管设于实验站内部且样品后端附近的位置，且所述实验站内配置有设于所述金网的前端的针孔光阑。
7.一种光束线站的自动反馈调光方法，其特征在于，包括：
步骤S1，构建基于光束线站的自动反馈调光***，其包括局域网，以及与所述局域网连接的光束线***、出射狭缝***、实验站、***参数模块和自动反馈控制模块；其中，所述光束线***、出射狭缝***和实验站依次排布，所述出射狭缝***作为调光光学元件并且包括四个刀口，且所述实验站处设有光强探测***，所述光强探测***包括设于实验站处的金网和光电二极管；
步骤S2，利用自动反馈控制模块通过局域网获取调光光学元件的主要调节参数的控制权限、读取实时的反馈参数和从***参数模块调取查表模式参数文件的权限，根据查表模式参数文件得到不同调光光学元件的主要调节参数的变化对反馈参数的变化的影响规律；
其中，所述调光光学元件的主要调节参数包括光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数，所述反馈参数包括出射狭缝***的四个刀口的光电流信号、金网和光电二极管的光通量信号；
步骤S3，在出射狭缝***的开口尺寸调大的情况下，根据当前的实验条件尝试调取对应范围内的查表模式参数文件，调取成功，则将查表模式参数文件中的光束线***的调光参数作为调光光学元件的主要调节参数的初始修正偏移量，对光束线***的调光光学元件进行修正；否则，对光束线***的调光光学元件进行手动调节，并利用***参数模块将手动调节结果作为光束线***的调光参数的最优参数以参数列表的形式存入查表模式参数文件中；
步骤S4，通过整体移动出射狭缝***进行扫描的同时测量光电二极管的信号，对出射狭缝***的开口中心的位置进行标定；
步骤S5，利用自动反馈控制模块实时读取出射狭缝***的四个刀口的光电流信号，确定出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差；当电流偏差大于设定的电流偏差阈值时，根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律确定光束线***的调光参数的修正偏移量，根据修正偏移量对光束线***的调光参数进行修正，光束线***的调光参数的修正偏移量是指使得出射狭缝***的左、右刀口的光电流信号值相同且上、下刀口的光电流信号值相同时的参数的偏移量，否则不进行修正；
步骤S6，在每次根据修正偏移量完成修正后，利用***参数模块将调光光学元件的主要调节参数和反馈参数及时保存到查表模式参数文件中；随后利用自动反馈控制模块，根据查表模式参数文件和模拟计算通过机器学习更新得到根据光束线***的调光参数的变化对反馈参数的变化的影响规律，并回到步骤S5。
8.根据权利要求7所述的光束线站的自动反馈调光方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
步骤S31，设定光源的一个入射光能量值作为当前的实验条件，并放大出射狭缝***的开口尺寸；利用自动反馈控制模块尝试调取***参数模块中的当前的光源的入射光能量值的对应范围内的查表模式参数文件；
步骤S32，判断是否有保存的对应范围内的查表模式参数文件，如果有则尝试调取成功，则进行步骤S33，否则，执行步骤S34；
步骤S33，调取最新日期的查表模式参数文件，并将查表模式参数文件中的光束线***的调光参数的最优参数作为调光光学元件的主要调节参数的初始修正偏移量，通过调光光学元件读入该初始修正偏移量来对调光光学元件进行修正；
若设定的入射光能量值与调取的查表模式参数文件的入射光能量值的差值绝对值小于5eV，则直接进行步骤S4；否则，在通过调光光学元件读入该初始修正偏移量来对调光光学元件进行修正之后，执行步骤S34；
步骤S34，根据***参数模块中的反馈参数对调光光学元件的主要调节参数中的光束线***的调光参数进行手动调节，将手动调节结果作为光束线***的调光参数的最优参数以参数列表的形式制作得到相应的查表模式参数文件，随后执行步骤S4。
9.根据权利要求7所述的光束线站的自动反馈调光方法，其特征在于，在所述步骤S4采用手动调节标定时，所述步骤S4包括：
步骤S41，自动反馈控制模块设定为手动模式，以实验站中的聚焦光学元件为中心进行坐标标定，并设定光路中心；把出射狭缝***的四个刀口的开口尺寸调大，采用光电二极管探测，在调节调光参数的同时观察光电二极管的光通量信号值变化；随后，以参数列表的形式将光电二极管的光通量信号值最大时对应的光束线***的调光参数作为最优参数记录并保存至对应的查表模式参数文件；
步骤S42，逐步减小出射狭缝***的开口尺寸，并调整出射狭缝***的开口中心的位置，同时观察光电二极管的信号的变化，选择最高光通量对应的出射狭缝***的开口中心的位置标定为标定的开口中心；
步骤S43，指定出射狭缝***的开口尺寸，在指定的开口尺寸下，以标定的开口中心为原点，出射狭缝***在垂直于光束的方向上整体移动以进行扫描，在扫描的同时记录得到开口中心在不同扫描位置时的光电二极管的光通量信号值根据光电二极管的光通量信号值自动定位开口中心的最优位置，并将出射狭缝***的开口中心驱动至最优位置；
然后将不同的开口尺寸所对应的出射狭缝***的开口中心的最优位置、光电二极管的光通量信号值作为最优参数以参数列表的形式保存至对应的入射光能量值的查表模式参数文件中；
在***参数模块已保存当前的入射光能量值下的光束线***的调光参数和出射狭缝***的调光参数的最优参数时，所述步骤S4采用自动调节标定，所述步骤S4包括：
步骤S41’，根据实验需要，确定金网是否在实验时***光路中；若金网在实验时***光路，则将光电二极管的光通量信号值作为步骤S42’记录的光通量信号值，否则，将金网的光通量信号值作为步骤S42’记录的光通量信号值；
步骤S42’，自动反馈控制模块自动导入当前的入射光能量值下的最优参数，在光束线***的调光参数被调节至最优参数并保持不动的情况下，出射狭缝***的开口中心以出射狭缝***的调光参数的最优参数为原点在垂直于光束的方向上整体移动以进行自动扫描，在扫描的同时记录得到开口中心在不同扫描位置时的光通量信号值，从中找到光通量信号值最大时对应的开口中心的最优位置并将出射狭缝***的开口中心驱动至最优位置；将光通量信号值最大时调光光学元件的主要调节参数一同作为最优参数保存至查表模式参数文件中。
10.根据权利要求7所述的光束线站的自动反馈调光方法，其特征在于，出射狭缝***的电流重心相对于出射狭缝***的开口中心的电流偏差包括左右电流偏差和上下电流偏差，其中，左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD分别是：
SRL = (SR-SL) / (SR+SL)，
SUD = (SU-SD) / (SU+SD)，
其中，SR为右刀口的光电流信号，SL为左刀口的光电流信号，SU为上刀口的光电流信号，SD为下刀口的光电流信号。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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