阅读说明：本技术 一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置及方法 (Device and method for synchronously switching currents of beam transport line magnet power supply ) 是由 韩文杰 秦斌 李冬 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置及方法,所述装置包括：束流输运线控制单元、脉冲控制单元和磁铁电源单元；所述束流输运线控制单元用于根据质子束能量的排序,制定每个磁铁电源需要输出的电流列表,并将所述电流列表发送至每个磁铁电源对应的电源控制器中；所述脉冲控制单元用于接收所述束流输运线控制单元的触发命令,从而对需要改变输出电流的磁铁电源输出触发脉冲；所述磁铁电源单元用于接收所述触发脉冲,并通过电源控制器将磁铁电源输出的电流值切换至所述电流列表中的下一个电流值。本发明通过列表触发的方式,实现了多台磁铁电源的快速同步控制；控制方式灵活,响应速度快,并且稳定可靠。(The invention discloses a device and a method for synchronously switching current of a magnet power supply of a beam transport line, wherein the device comprises the following steps: the device comprises a beam current transport line control unit, a pulse control unit and a magnet power supply unit; the beam current transmission line control unit is used for making a current list which needs to be output by each magnet power supply according to the sequencing of proton beam energy and sending the current list to the power supply controller corresponding to each magnet power supply; the pulse control unit is used for receiving a trigger command of the beam transport line control unit so as to output a trigger pulse to a magnet power supply of which the output current needs to be changed; and the magnet power supply unit is used for receiving the trigger pulse and switching the current value output by the magnet power supply to the next current value in the current list through the power controller. According to the invention, the rapid synchronous control of a plurality of magnet power supplies is realized in a list triggering mode; the control mode is flexible, the response speed is high, and the control method is stable and reliable.)

一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置及方法

技术领域

本发明属于质子重离子治疗中束流输运线磁铁电源控制领域，更具体地，涉及一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置及方法。

背景技术

在基于回旋加速器的质子治疗装置中，其引出是质子束能量为固定能量，需要通过降能器将质子束的能量调制到70-240MeV，而后经过相应的束流输运线将质子束传输到各治疗室用于病人治疗。质子治疗装置是通过束流输运线的磁铁实现对质子束的控制，然而当质子束的能量发生改变时，需要快速地调节束流输运线磁铁电源的输出电流以满足束流传输的要求。

目前束流输运线磁铁电源输出电流的改变一般是通过网络命令的方式直接设置磁铁电源的输出电流。但是通过网络命令的控制方式会受到通信速度的影响，当需要改变的束流输运线磁铁电源数量较多时，收到命令的第一个磁铁电源和最后一个磁铁电源的时间间隔较长，导致多个磁铁电源之间的响应不同步，使得整个系统的响应速度下降。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置及方法，其目的在于解决现有技术中束流输运线多台磁铁电源输出电流调节不同步的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置，包括：束流输运线控制单元、脉冲控制单元和磁铁电源单元；

所述束流输运线控制单元与所述磁铁电源单元之间通过交换机连接；

所述磁铁电源单元包括多个磁铁电源和多个电源控制器，每个电源控制器单独控制一个磁铁电源；

所述束流输运线控制单元用于根据质子束能量的排序，制定每个磁铁电源需要输出的电流列表；并将所述电流列表发送至每个磁铁电源对应的电源控制器中；

所述脉冲控制单元用于接收所述束流输运线控制单元的触发命令，从而对需要改变输出电流的磁铁电源输出触发脉冲；

所述磁铁电源单元用于接收所述触发脉冲，并通过电源控制器将磁铁电源输出的电流值切换至所述电流列表中的下一个电流值。

进一步地，所述脉冲控制单元与所述多个磁铁电源之间为点对点连接，通过触发脉冲对每个磁铁电源单独触发。

进一步地，所述脉冲控制单元接收到的触发命令为网络信号或脉冲信号。

进一步地，所述束流输运线控制单元在发送电流列表之前，通过网络通信的方式设置磁铁电源循环励磁的电流波形参数并执行循环励磁过程，以复位磁铁的励磁特性。

进一步地，所述触发脉冲为光脉冲信号或电脉冲信号。

进一步地，所述电流列表中的电流值为降序排列或升序排列。

进一步地，所述磁铁电源的电流切换状态由所述束流输运线控制单元通过查询磁铁电源的输出电流来获取，或者由所述电源控制器判断并上传至所述束流输运线控制单元。

本发明另一方面提供了一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的方法，包括以下步骤：

根据质子束能量的排序，制定每个磁铁电源需要输出的电流列表；

通过网络通信的方式将所述电流列表分别发送至每个磁铁电源对应的电源控制器中；

对需要改变输出电流的磁铁电源输出触发脉冲，并通过电源控制器将磁铁电源输出的电流值切换至所述电流列表中的下一个电流值。

进一步地，在发送电流列表之前，通过网络通信的方式设置磁铁电源循环励磁的电流波形参数并执行循环励磁过程，以复位磁铁的励磁特性。

进一步地，所述循环励磁的电流波形参数包括：升流时间T₁、平顶电流时间T₂、降流时间T₃、平底电流时间T₄、循环励磁次数N以及循环励磁平顶电流值I₁；当磁铁电源的输出电流变化ΔI大于2％I₁时，电流列表中每个电流阶梯的降流时间为ΔI*T₃/I₁；当ΔI小于或等于2％I₁时，每个电流阶梯的降流时间不大于2％T₃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明通过预先制定每个磁铁电源需要输出的电流列表，并将电流列表发送至磁铁电源的电源控制器中；在电流调节过程中，通过脉冲触发的方式依次输出电源控制器中储存的电流值，从而实现多台磁铁电源输出电流的同步触发控制；因此不需要通过网络通信的方式对磁铁电源的输出电流进行设置，避免了多台电源的通信堵塞。

(2)本发明在电流列表触发过程中，通过磁铁电源限制其输出电流变化率不大于循环励磁过程的电流变化率，从而为磁铁电源的波形拟合和电流调节过程预留了足够的时间，确保了磁铁电源输出电流的调节过程中无超调或电流超调较小。

附图说明

图1为本发明提供的一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的循环励磁电流波形图；

图3为本发明实施例提供的列表触发电流波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，为本发明提供的一种束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置的结构示意图，包括：束流输运线控制单元、脉冲控制单元和磁铁电源单元；

所述束流输运线控制单元与所述磁铁电源单元之间通过交换机连接，通信协议为自定义的TCP协议，用于实现磁铁电源的参数设置和电流列表的发送；

所述脉冲控制单元用于接收所述束流输运线控制单元的触发命令，从而对需要改变输出电流的磁铁电源输出触发脉冲；所述脉冲控制单元与所述多个磁铁电源之间为点对点连接，通过触发脉冲对每个磁铁电源单独触发；

所述磁铁电源单元包括多个磁铁电源和多个电源控制器，每个电源控制器单独控制一个磁铁电源。

本发明提供的束流输运线磁铁电源同步切换电流的装置各个单元具体控制流程为：

(1)束流输运线控制单元通过网络通信的方式设置磁铁电源循环励磁的电流波形参数并执行循环励磁过程，以复位磁铁的励磁特性。

(2)束流输运线控制单元根据质子束能量的排序，制定每个磁铁电源需要输出的电流列表，并将电流列表发送至每个磁铁电源对应的电源控制器中；需要说明的是，电流列表中的电流数量和电流数值可以根据需求进行设置，并且多个磁铁电源电流列表中的电流数量相同，但是每台磁铁电源电流列表中的电流值不同。

(3)当需要改变磁铁电源输出电流时，束流输运线控制单元对脉冲控制单元发送触发命令，使其对需要改变输出电流的磁铁电源发出触发脉冲。

(4)当磁铁电源检测到外部触发脉冲时，电源控制器将磁铁电源输出的电流值切换至所述电流列表中的下一个电流值，并等待下一个触发脉冲；当输出电流为电流列表中的最后一个电流值时，再次接收到触发脉冲会将磁铁电源的输出电流降到零。

如图2所示，为本发明实施例提供的循环励磁电流波形图，磁铁电源循环励磁的过程就是通过多次的循环来复位磁铁的励磁特性。循环励磁的电流波形参数包括：升流时间T₁、平顶电流时间T₂、降流时间T₃、平底电流时间T₄、循环励磁次数N以及循环励磁平顶电流值I₁。

如图3所示，为本发明实施例提供的列表触发电流波形图。在本实施例中，所述电流列表为降序排序，电流列表中最大的电流数量为50个，列表中所有的电流值均小于电流平顶值I₂，触发脉冲为多模光脉冲信号。

磁铁电源在T₅时间内将输出电流升至电流平顶值I₂，并等待触发脉冲，当检测到第一个触发脉冲时，将磁铁电源输出电流下降至电流列表的第一个电流值I_set1，而后维持输出I_set1的状态并等待外部触发信号；当电源控制器再次检测到外部触发脉冲时，电源控制器将磁铁电源输出电流下降至电流列表中的第二个电流值I_set2，并维持输出电流I_set2的状态，继续等待触发脉冲；重复以上的状态直至输出电流列表中最后一个电流值。当电源调节完成后，可以通过网络命令在磁铁电源控制器中查询当前运行状态。

需要说明的是，为保证磁铁的励磁特性，循环励磁的平顶电流值I₁与列表触发过程中的平顶电流值I₂相等；循环励磁电流波形的升流时间T₁与列表触发的电流波形的升流时间T₅一致。

在本实施例中，在列表触发过程中，磁铁电源会限制其输出电流变化率不大于循环励磁过程的电流变化率。当磁铁电源的输出电流变化ΔI大于2％I₂时，电流列表中每个电流阶梯的降流时间根据响应电流差值进行调节，调节时间为ΔI*T₃/I₂；当电流变化ΔI小于或等于2％I₂时，调节时间不大于2％T₃。通过这种方式可以为磁铁电源的波形拟合和电流调节过程预留了足够的时间，确保了磁铁电源输出电流的调节过程中无超调或电流超调较小。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。