阅读说明：本技术 一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统及测量方法 (Measuring system and measuring method for sector diode ferromagnetic field of cyclotron ) 是由 韩曼芬 宋云涛 郑金星 沈俊松 朱小亮 刘海洋 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统,该系统主要包括三维测量装置,该装置设有运动位移单元,探头单元,控制单元及数据采集单元,可接收控制指令实现在磁场区域进行空间运动,测量并记录该点磁场强度；电源装置,为扇形二极铁提供不同的电流以产生相应的磁场强度；去离子水循环装置,用于扇形二极铁线圈及电源装置的降温处理,保证测量系统正常运行。本发明还公开了一种采用上述测量系统的磁场测量方法,用于扇形二极铁励磁、积分场均匀性及横向场均匀性相关性能参数的测量。本发明能够获得更加精确且全面的磁场强度分布,验证扇形二极铁磁场分布特性,在加速器领域的应用十分广泛。(The invention discloses a measuring system of a sector dipolar ferromagnetic field of a cyclotron, which mainly comprises a three-dimensional measuring device, wherein the measuring device is provided with a motion displacement unit, a probe unit, a control unit and a data acquisition unit, can receive a control command to realize space motion in a magnetic field area, and measure and record the magnetic field intensity of the point; the power supply device is used for providing different currents for the fan-shaped dipolar iron to generate corresponding magnetic field intensity; and the deionized water circulating device is used for cooling the fan-shaped dipolar iron coil and the power supply device, so that the normal operation of the measuring system is ensured. The invention also discloses a magnetic field measurement method adopting the measurement system, which is used for measuring the performance parameters related to the excitation of the fan-shaped dipolar iron, the uniformity of the integral field and the uniformity of the transverse field. The invention can obtain more accurate and comprehensive magnetic field intensity distribution, verify the distribution characteristics of the fan-shaped dipolar ferromagnetic field and has wide application in the field of accelerators.)

一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于磁场测量技术领域，更具体地，涉及一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统及测量方法。

背景技术

随着原子核物理及磁约束等关键核心技术取得突破性进展，回旋加速器作为核、磁等高科技工程的融合装置，在工业、物理及生物领域有着广泛的应用。回旋加速器装置主要包括加速器本体及传输线，为了实现高能粒子安全可靠的定向传输，扇形二极铁为粒子提供高均匀性、高精度的偏转磁场，是传输线的重要组成部分。因此，扇形二极铁的磁场分布特性直接影响回旋加速器装置的传输效率，必须对磁铁的品质进行全面精确测量。

在现有的磁场测量技术中，各加速器实验室基于自身磁铁类型及测试要求采用不同的测量方式，主要包括谐波测量和积分测量，这些方法测量速度快、精度高，但存在操作复杂、抗干扰能力差等问题，且线圈加工工艺要求高、周期长。针对现有技术存在的问题，本发明提供一种测量精度高、自动化测量且周期短的测量系统及测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统及测量方法，通过打开去离子水循环装置，选定合适的水压，启动电源装置，调节电流，启动三维测量装置、初始化运动位移单元和数据采集单元，调整探头位置，在控制系统中设置扫描步长和扫描轨迹，进行扇形二极铁励磁测量，测量记录不同电流下P0点的磁场强度，来解决现有技术中测量方法复杂且不利于装置小型化和自动测量的问题，实现二极铁积分场均匀性、横向场均匀性的测量，具有操作简单、精度高、小型化集成以及测量自动化等优点，在加速器领域的应用十分广泛。

本发明所要解决的技术问题为；

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统，包括三维测量装置、去离子水循环装置和电源装置；

其中，所述三维测量装置包括运动位移单元，探头单元，控制单元及数据采集单元，完成探头的空间运动及磁场强度的测量记录工作；所述电源装置，与扇形二极铁线圈连接，通过提供不同的电流强度以产生相应的磁场强度；所述去离子水循环装置，与扇形二极铁及电源装置的内部冷却水管道连接，用于降低磁铁内部线圈及电源的温升，保证测量系统处于正常工作状态。

作为本发明的进一步改进方案：所述运动位移单元能够实现X、Y、Z方向的同时运动，实现磁场区域内不同角度、不同形状的扫描任务，所述运动位移单元底部设有高平面度大理石基座，避免因温湿度或地面震动等环境因素造成的位移误差。

作为本发明的进一步改进方案：所述的探头单元具有线性特性和温度补偿技术，降低由温度变化、杂散场带来对测量精度的影响；通过夹具固定安装在所述的运动位移单元上，实时测量霍尔电压并转化为磁场强度上传至所述数据采集单元。

作为本发明的进一步改进方案：所述控制单元具有对所述运动位移单元检测、比较、反馈补偿的闭环控制功能。

一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：通过水路接头分别连接好扇形二极铁和电源装置的冷却水管道，打开去离子水循环装置，选定合适的水压，建立电源和磁铁的水冷循环；

步骤二：连接扇形二极铁和电源接头，启动电源装置进行预热，调节电流至所需数值并待电流波形平稳；

步骤三：启动三维测量装置、初始化运动位移单元和数据采集单元，探头坐标系应与磁铁坐标系保持同向，调整探头位置，使探头在xy平面上完全垂直于扇形二极铁磁场方向，在z方向的高度与扇形二极铁气隙中平面高度一致；

步骤四：令扇形二极铁端面机械边界中心为A点，扇形二极铁中心轨迹与切线的交点为物理边界中心B点。设B点为扫描起始点；在控制系统中设置扫描步长和扫描轨迹，根据实际测量要求扫描轨迹可为直线段、圆弧段或叠加组成，以此实现二极铁积分场均匀性、横向场均匀性的测量；

步骤五：进行扇形二极铁励磁测量时，将探头移至扇形二极铁气隙中平面中心P0点，设置电流上升和下降的步长，测量记录不同电流下P0点的磁场强度。

作为本发明的进一步改进方案：在步骤四中所述扇形二极铁积分场均匀性、横向场均匀性优先按照以下方法测量：

K1：所述积分场均匀性测量轨迹为扇形二极铁气隙中平面不同，且相互平行的轨迹S1,S2,S3,S4、……、Sn，由直线段和圆弧段组成，根据轨迹上各点的磁场强度进行积分以获得每条轨迹上的积分场；

K2：所述横向场均匀性测量轨迹由扇形二极铁气隙中平面y坐标轴上不同位置P0、P1、P2、P3、P4、……、Pn上的磁场强度计算得出。

作为本发明的进一步改进方案：所述的测量系统及测量方法适用范围包括但不限于由扇形二极铁产生的匀强磁场。

本发明的有益效果：

通过打开去离子水循环装置，选定合适的水压，建立电源和磁铁的水冷循环；启动电源装置进行预热，调节电流至所需数值并待电流波形平稳；启动三维测量装置、初始化运动位移单元和数据采集单元，调整探头位置，使探头在xy平面上完全垂直于扇形二极铁磁场方向，在z方向的高度与扇形二极铁气隙中平面高度一致；在控制系统中设置扫描步长和扫描轨迹，进行扇形二极铁励磁测量，测量记录不同电流下P0点的磁场强度，常规的磁场测量系统一般利用谐波线圈或积分线圈测量系统，需要加工绕制线圈或需要参考磁铁作相对测量，这些方法操作复杂且不利于装置小型化，本发明所提供的用于扇形二极铁磁场测量系统及测量方法，实现二极铁积分场均匀性、横向场均匀性的测量，具有操作简单、精度高、小型化集成以及测量自动化等优点，在加速器领域的应用十分广泛。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明所构建的扇形二极铁磁场测量方法流程图；

图2是本发明所构建的扇形二极铁磁场测量系统结构示意图；

图3是本发明所构建的扇形二极铁磁场测量方法中中平面内各点示意图；

图4是本本发明所构建的扇形二极铁磁场测量方法中扫描轨迹示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，本发明为一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量系统，其特征在于：包括三维测量装置、去离子水循环装置和电源装置。

所述三维测量装置包括运动位移单元，探头单元，控制单元及数据采集单元，完成探头的空间运动及磁场强度的测量记录工作；所述电源装置，与扇形二极铁线圈连接，通过提供不同的电流强度以产生相应的磁场强度；所述去离子水循环装置，与扇形二极铁及电源装置的内部冷却水管道连接，用于降低磁铁内部线圈及电源的温升，保证测量系统处于正常工作状态。

所述运动位移单元能够实现X、Y、Z方向的同时运动，实现磁场区域内不同角度、不同形状的扫描任务，所述运动位移单元底部安装在高平面度大理石基座上，避免因温湿度或地面震动等环境因素造成的位移误差。

所述的探头单元具有线性特性和温度补偿技术，降低由温度变化、杂散场带来对测量精度的影响；通过夹具固定安装在所述的运动位移单元上，实时测量霍尔电压并转化为磁场强度上传至所述数据采集单元。

所述控制单元具有对所述运动位移单元检测、比较、反馈补偿的闭环控制功能。

如图2和如图3所示，一种回旋加速器扇形二极铁磁场测量方法，包括以下步骤：

步骤一：通过水路接头分别连接好扇形二极铁和电源装置的冷却水管道，打开去离子水循环装置，选定合适的水压，建立电源和磁铁的水冷循环；

步骤二：连接扇形二极铁和电源接头，启动电源装置进行预热，调节电流至所需数值并待电流波形平稳；

步骤三：启动三维测量装置、初始化运动位移单元和数据采集单元，探头坐标系应与磁铁坐标系保持同向，调整探头位置，使探头在xy平面上完全垂直于二极铁磁场方向，在z方向的高度与二极铁气隙中平面高度一致；

步骤四：令扇形二极铁端面机械边界中心为A点，扇形二极铁中心轨迹与切线的交点为物理边界中心B点。设B点为扫描起始点；在控制系统中设置扫描步长和扫描轨迹，根据实际测量要求扫描轨迹可为直线段、圆弧段或叠加组成，以此实现二极铁积分场均匀性、横向场均匀性的测量；

步骤五：进行扇形二极铁励磁测量时，将探头移至二极铁气隙中平面中心P0点，设置电流上升和下降的步长，测量记录不同电流下P0点的磁场强度。

如图4所示，在步骤四中所述扇形二极铁积分场均匀性、横向场均匀性优先按照以下方法测量：

K1：所述积分场均匀性测量轨迹为扇形二极铁气隙中平面不同，且相互平行的轨迹S1,S2,S3,S4、……、Sn，由直线段和圆弧段组成，根据轨迹上各点的磁场强度进行积分以获得每条轨迹上的积分场；

K2：所述横向场均匀性测量轨迹由扇形二极铁气隙中平面y坐标轴上不同位置P0、P1、P2、P3、P4、……、Pn上的磁场强度计算得出。

进一步的，所述的测量系统及测量方法适用范围包括但不限于由扇形二极铁产生的匀强磁场。

本发明在工作时，通过水路接头分别连接好扇形二极铁和电源装置的冷却水管道，打开去离子水循环装置，选定合适的水压，建立电源和磁铁的水冷循环；连接扇形二极铁和电源接头，启动电源装置进行预热，调节电流至所需数值并待电流波形平稳；启动三维测量装置、初始化运动位移单元和数据采集单元，探头坐标系应与磁铁坐标系保持同向，调整探头位置，使探头在xy平面上完全垂直于扇形二极铁磁场方向，在z方向的高度与扇形二极铁气隙中平面高度一致；令扇形二极铁端面机械边界中心为A点，扇形二极铁中心轨迹与切线的交点为物理边界中心B点，设B点为扫描起始点，在控制系统中设置扫描步长和扫描轨迹，根据实际测量要求扫描轨迹可为直线段、圆弧段或叠加组成，以此实现二极铁积分场均匀性、横向场均匀性的测量；进行扇形二极铁励磁测量时，将探头移至扇形二极铁气隙中平面中心P0点，设置电流上升和下降的步长，测量记录不同电流下P0点的磁场强度。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。