[发明专利]一种基于八卦限探针分布的加速器束流位置诊断系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于高能核物理装置粒子加速器测量技术领域，具体涉及一种基于八卦限探针分布的加速器束流位置诊断系统及方法。

背景技术

粒子加速器的发展为国内外科研人员在高能物理领域的研究提供了新的机遇。随着粒子加速器技术应用的深度发展，科研人员对束流的运行参数，如束流强度、束流位置、束流发射度、束流亮度等参数越来越重视。粒子加速器束流测量系统是加速器调试和稳定运行中不可或缺的组成部分，束测系统作为加速器的“眼睛”，可以对束流的各种参数进行监测，为加速器的研制、运行乃至升级改造其性能提供了重要的依据。束流在加速器真空管道中横向位置和纵向位置是研究束流不稳定性的重要信息基础，因此作为加速器束流的重要诊断手段之一，束流位置测量系统的研究受到国内外各大实验室的重视。传统的利用探针监测束流位置的方式是在平面坐标内四个象限布局探针，四个探针两两垂直分布，这种监测束流单一截面四个方位的方法容易由于探针敏感端的灵敏度或电子受到干扰而产生误判。专利“条带束流位置监测器”(CN201220297254.0)，通过安装在真空管道内条带电极来测量束流的电磁场，利用电磁场将被调制的信息探测束流的位置数据；专利“一种测量粒子加速器束流位置的方法”(CN201410080631.9)，通过综合多个电极探头的电极信号组成矩阵，利用主成分分析法对这些电极信号同时进行处理，从而探测束流信号的位置信息；专利“中子束流位置探测仪”(CN201310495700.8)，将中子影像转化成可见光影像的闪烁屏，闪烁屏后侧设有用于将可见光折射到相机的反射镜，反射镜折射的光线经过镜头汇聚到CCD相机来探测中子束流位置；专利“一种基于全数字化技术的束流位置和相位测”(CN201410440504.5)，将数字处理模块集中在单片FPGA中，简化了系统结构，同时合适的采样率，使经过ADC采样后直接得到输入信号的正交序列，进一步得到加速器束流位置和相位；专利“一种具有铝镁合金密封圈的超低温束流位置”(CN201420862430.X)，通过装配有超真空铝镁合金密封圈及配套法兰后，能在超低温下监测束流的位置；专利“载波抑制射频前端和方法、束流位置测量系统和方法”(CN201410854329.4)，通过将束流位置探头对角线上的第一通道和第二通道输出的信号相位和幅度调节为一致，从而能在光源正常供光运行时有效抑制载波信号，以检测到目标信号。

上述6项专利，均不具备本专利所述的一种基于八卦限探针分布的加速器束流位置诊断系统及方法的特征。本发明通过八卦限探针结构获取束流信息，并通过智能诊断策略进行束位决策，提高了束流位置诊断系统的鲁棒性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对粒子加速器这类高能物理装置，在强电磁与射线辐射环境下，加速器的束流位置测量系统容易受到干扰而产生误判。本发明提供了一种基于八卦限探针分布的加速器束流位置诊断系统及方法，通过智能化与可视化的诊断策略有效地改善加速器束流位置测量系统的精确性、实时性与可用性。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种基于八卦限探针分布的加速器束流位置诊断系统，其特征在于包括三维八卦限拦截式探针分布机构、多量程无源滤波信号调理模块，束流信号放大模块，束流信号光电隔离模块，束流信号采集模块，束流位置自主诊断模块，联锁保护模块和智能位形决策支持系统，其中：

所述的三维八卦限拦截式探针分布机构采用四对探针在垂直面上互成45度夹角的布局，所建立得空间坐标系使yz平面顺时针旋转22.5度，八个探针以真空管道的截面为参考采用上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个方位分布在空间坐标系的八个卦限内。

其中，所述的八卦限探针分布机构在粒子加速器系统工作时，分布在真空管道壁上的八卦限探针同时收集束流在两个截面上入射到其敏感端的电荷，通过八个低感性毫欧级的电子学回路耦合出束流在八个卦限的信号；电子学回路采用同轴电阻，并且与外部系统有良好的的接地，进一步减少干扰。

其中，所述的多量程无源滤波信号调理模块位于束流位置诊断系统的前端，集成八个信号传输通道，RC滤波电路前端集成瞬态抑制器TVS，可以防止在系统在高压打火情况下由于浪涌而损坏后端的电子学部分；采用无源调理可以减少外部放大源噪声对探针信号的干扰从而提高了信噪比；滤波电容的匹配值可根据加速器运行的环境噪声频率调整；调理模块的量程可以根据加速器调束的实际情况进行放大或缩小，拓宽了模块的电子学动态范围；调理模块将八卦限束流信号调理成低纹波的电压信号；