[发明专利]一种束流流强标定和测量系统与方法

权利要求书

1.一种束流流强标定和测量系统，其特征在于，包括主机、交换机、电流源、束测探头、真空电馈通、串口服务器、模拟信号采集模块以及若干个皮安表；

电流源，用于作为标定的信号源，产生准确的电流信号；

束测探头，用于采集电流信号，并通过电缆线输送到皮安表；

真空电馈通，用于将束测探头的电缆线引到加速器的真空外；

皮安表，用于通过RS232电缆串口输出的电流数值，以及用于通过模拟电压输出口输出-2～2V的电压数值；

模拟信号采集模块，用于采集皮安表输出的电压数值，并根据I-V关系曲线进行转换后，获得当前皮安表实时测得的电流数值；

串口服务器，用于将RS232串口转换为以太网接口，实现对多台皮安表进行连接；

交换机，用于扩展主机的以太网接口；

主机，用于对电流源和皮安表进行控制，同时获得皮安表和电流源输出的电流数值，对皮安表进行标定，并将得到的电流数值进行校准后，进而实现对电子学设备的束流流强进行精确的测量；

主机包括控制模块、数据获取模块、标定模块、储存模块以及校准模块；

控制模块，用于对电流源输出的电流数值进行设定和改变电流源输出电流的频率，以及用于控制皮安表的开/关；

数据获取模块，用于同时获取皮安表输出的电流数值和电压数值、电流源输出的电流数值；

标定模块，用于根据皮安表输出的电流数值和电压数值，并利用傅里叶变换，实时求得皮安表测得电流数值的幅值，计算幅值与电流源设定的电流数值之间的差值，得到电流幅值差，改变电流源的电流输出值，可根据电流源的电流输出值和皮安表输出的电压值，可以得到皮安表的I-V曲线，改变电流源输出电流的频率，采用皮安表进行测量，可以得到皮安表的不同频率的响应曲线，实现对皮安表的标定；

储存模块，用于储存标定结果和测量得到的数据；

校准模块，用于将皮安表测得的电流数值根据储存模块内的电流幅值差或I-V曲线以及频域响应曲线进行校准后，得到精确的电流数值。

2.根据权利要求1所述的一种束流流强标定和测量系统,其特征在于，所述皮安表的分辨率达到10fA，显示位数为5位半。

3.根据权利要求1所述的一种束流流强标定和测量系统,其特征在于，所述RS232线缆是皮安表信号线缆，用于连接皮安表和主机、或经过串口服务器再连接电脑，通过RS232线缆的串口通讯，实现对皮安表的控制和信号读取。

4.根据权利要求1所述的一种束流流强标定和测量系统,其特征在于，所述束测探头，还用于通过阻挡束流来形成沉积电流，输送给皮安表进行测量。

5.根据权利要求1所述的一种束流流强标定和测量系统,其特征在于，所述主机通过以太网连接到交换机，交换机通过网线分别连接到串口服务器、电流源和模拟信号采集模块，串口服务器通过RS-232电缆分别连接到若干个皮安表，皮安表通过电缆线连接到模拟信号采集模块，电流源、束测探头以及皮安表依次通过电缆线连接，束测探头安装在加速器真空环境内，真空电馈通安装在束测探头和皮安表之间的电缆线上。

6.一种束流流强标定和测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：先将主机和皮安表之间通过RS-232电缆连接，皮安表和电流源之间通过电缆线连接，电流源和主机之间通过网线连接，依次对每个皮安表进行标定；

步骤二：开启主机、电流源和皮安表，电流源向皮安表输送电流信号，皮安表测量得到当前的电流数值和电压数值，并发送给主机的数据获取模块，通过控制模块，设置电流源输出不同的电流数值，数据获取模块获得不同的电流数值和电压数值，标定模块得到每个皮安表的I-V关系曲线，录入到储存模块进行保存；

步骤三：将主机通过以太网连接到交换机，交换机通过网线分别连接到串口服务器、电流源和模拟信号采集模块，串口服务器通过RS-232电缆分别连接到若干个皮安表，皮安表通过电缆线连接到模拟信号采集模块，电流源、束测探头以及皮安表依次通过电缆线连接，束测探头安装在加速器真空环境内，真空电馈通安装在束测探头和皮安表之间的电缆线上；

步骤四：模拟信号采集模块采集到每个皮安表输出的电压数值，根据储存模块内的I-V关系曲线进行转换后，获得当前皮安表实时测得的电流数值；

步骤五：并利用傅里叶变换，实时求得皮安表测得电流数值的幅值，计算幅值与电流源设定的电流数值之间的差值，得到电流幅值差，改变电流源输出电流的频率，采用皮安表进行测量，可以得到皮安表的不同频率的响应曲线，实现对皮安表的标定，供皮安表测量校准使用；

步骤六：撤去电流源，接入待测的电子学设备，束测探头通过阻挡束流来形成沉积电流，皮安表进行测量后，模拟信号采集模块采集到每个皮安表输出的电压数值，转化为电流数值，再根据储存模块内的幅值差和电流频率的关系曲线进行校准，即测量得到电子学设备的束流流强。