阅读说明：本技术 一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定系统与方法 (main radial probe signal calibration system and method for cyclotron ) 是由 宋云涛 胡乐星 丁开忠 余良清 吴昱城 姚凯 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定系统与方法,包括：主径向探针本体与主径向探针控制柜、射频单元本体与射频单元控制柜、主控计算机；其中,主径向探针单元可将探针传送到回旋加速器的不同半径处,然后利用探针阻挡束流,形成电流信号,再利用主径向探针控制柜对电流信号进行测量；其中,射频单元会产生高频电磁场,从而对束流流强的测量造成干扰；其中,主控计算机用于实现主径向探针单元与射频单元的控制,并运行标定程序,主控计算机提供用户界面、数据处理和保存等功能。(The invention discloses main radial probe signal calibration system and method for a cyclotron, which comprises a main radial probe body and a main radial probe control cabinet, a radio frequency unit body and radio frequency unit control cabinet and a main control computer, wherein the main radial probe unit can transmit probes to different radiuses of the cyclotron, then the probes block beam current to form current signals, and the main radial probe control cabinet is used for measuring the current signals, wherein the radio frequency unit can generate a high-frequency electromagnetic field to interfere the measurement of beam current intensity, the main control computer is used for realizing the control of the main radial probe unit and the radio frequency unit and operating a calibration program, and the main control computer provides functions of a user interface, data processing, storage and the like.)

一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定系统与方法

技术领域

本发明涉及一种信号标定系统与方法，具体为一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定系统与方法。

背景技术

束流流强是回旋加速器重要的性能参数。束流流强的精确测量，对于回旋加速器性能的调试与关键参数优化、运行状态检测等具有重要的意义。

对于回旋加速器束流流强的测量，其噪声来源主要包括：射频单元引入的高频电磁场干扰、传输线路引入的环境噪声、供电系统干扰、温度波动及振动引入的噪声等。其中，射频单元引入的高频电磁场干扰远大于其它干扰的影响，且很难通过接地、屏蔽等措施消除。通过实验可知，射频单元引入的电磁场干扰主要与射频单元的实际功率以及探针所处的位置相关。因此在标定实验中，将射频单元的实际功率和探针所处的位置作为自变量，将测得的背景噪声作为因变量，进行拟合。

一般地，回旋加速器的束流流强的测量精度要求达到纳安甚至亚纳安级别，因此，对主径向探针单元进行标定是至关重要的。本发现既考虑了射频单元的实际功率，又考虑了探针所处的位置，这是以往标定实验没有考虑的。本发明实现了主径向探针单元与射频单元的毫米级同步，大大提高了标定的准确度。

发明内容

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明适用于回旋加速器的主径向探针单元测量得到的束流流强的标定，以提高束流流强的测量精度。

一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定系统，包括主径向探针单元、射频单元和主控计算机；

其中，所述主径向探针单元包括主径向探针本体和主径向探针控制柜；

所述的主径向探针本体由探针、传动机构、支撑机构构成；所述的传动机构由曲线导轨、传动杆、电缸和伺服电机组成，用于将探针传送到回旋加速器的中心区外侧到回旋加速器的最大半径处；所述的支撑结构由支撑底座、准直调节机构和工作台构成，用于支撑和准直传动机构；所述的探针用于阻挡束流，并形成电流；所述的主径向探针控制柜用于对探针形成的电流进行测量；所述的主径向探针控制柜用于实现主径向探针本体的运动控制与定位；

所述的射频单元用于在加速束流的同时，产生高频的电磁场，从而对束流流强的测量产生干扰；

所述主控计算机用于实现主径向探针单元与射频单元的控制与监测，并进行标定分析，用于对束流流强测量结果进行标定，以提高束流流强的测量精度；标定分析具体为：

步一：以射频单元的实际功率和探针的实时位置为自变量，以当前的背景噪声为因变量，进行二维曲面拟合；

步二：在进行束流流强测量时，将探针当前的位置和射频单元的实际功率输入到二维拟合曲面，计算出背景噪声；

步三：然后用束流流强测量值减去背景噪声，即可得到标定后的束流流强值。

进一步地，射频单元由射频单元本体与射频单元控制柜构成；

所述的射频单元控制柜用于实现对射频单元本体的关键参数进行监测、处理与保存。

进一步地，射频单元的关键参数包括入射功率和反射功率等。

进一步地，主控计算机还用于提供用户界面、数据处理和保存功能。

进一步地，射频单元的实际功率为入射功率与反射功率之差。

一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定方法，该方法包括下述步骤：

步骤一：连接主径向探针单元、射频单元和主控计算机；

步骤二：将探针运动到回旋加速器的最小半径处；

步骤三：按照一定的步长调节射频单元的入射功率；

步骤四：同步记录探针的位置、射频单元的实时功率和背景噪声；

步骤五：按照一定的步长改变探针的位置，重复步骤三和步骤四，直到探针运动到回旋加速器的最大半径处；

步骤六：根据步骤三-五测量得到的背景噪声的值，以射频单元的功率和探针的位置为自变量，以背景噪声为因变量，进行二维曲面拟合；

步骤七：通过二维曲面拟合，可以得到探针在任意位置和任意射频单元功率下的背景噪声；

步骤八：在回旋加速器束流流强测量时，同时对探针的位置和射频单元的功率进行测量，再通过拟合曲面获得背景噪声的值，最后将束流流强的实际测量值减去背景噪声的值，就可以得到束流流强的标定值。

本发明的有益效果：

1、本发明提出的降噪算法的优越性在于：本发明既考虑了射频单元的实际功率，又考虑了探针所处的实时位置，从而可以显著提高标定的精度。

2、本发明的另一个重要的优势是，由于本发明对射频单元的不同功率和探针的不同位置的背景噪声进行了全面的测量和拟合，因此可以实现束流流强的实时高精度标定。

3、本发明可以实现束流流强测量、射频单元功率监控和探针定位三者在毫秒级的同步，这为束流流强的标定精度的提高具有重要的意义。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为主径向探针信号标定系统示意图；

图2为回旋加速器中平面俯视图；

图3为主控计算机的软件系统用户界面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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做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。

如图1-3所示，一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定系统，包括主径向探针单元、射频单元和主控计算机；

其中，所述主径向探针单元包括主径向探针本体和主径向探针控制柜；

所述的主径向探针本体由探针、传动机构、支撑机构；所述的传动机构由曲线导轨、传动杆、电缸和伺服电机构成，用于将探针传送到回旋加速器的中心区外侧到回旋加速器的最大半径处；所述的支撑结构由支撑底座、准直调节机构和工作台构成，用于支撑和准直传动机构；所述的探针用于阻挡束流，并形成电流；所述的主径向探针控制柜用于对探针形成的电流进行测量；所述的主径向探针控制柜用于实现主径向探针本体的运动控制与定位；

所述的射频单元用于在加速束流的同时，产生高频的电磁场，从而对束流流强的测量产生干扰；

所述主控计算机用于实现主径向探针单元与射频单元的控制与监测，并进行标定分析，用于对束流流强测量结果进行标定，以提高束流流强的测量精度；标定分析具体为：

步一：以射频单元的实际功率和探针的实时位置为自变量，以当前的背景噪声为因变量，进行二维曲面拟合；

步二：在进行束流流强测量时，将探针当前的位置和射频单元的实际功率输入到二维拟合曲面，计算出背景噪声；

步三：然后用束流流强测量值减去背景噪声，即可得到标定后的束流流强值。

其中，射频单元由射频单元本体与射频单元控制柜构成；

所述的射频单元控制柜用于实现射频单元本体的控制与监视；射频单元控制柜用于对射频单元本体的关键参数进行监测、处理与保存。

其中，射频单元的关键参数包括入射功率和反射功率。

进一步地，主控计算机还用于提供用户界面、数据处理和保存功能。

其中，射频单元的实际功率为入射功率与反射功率之差。

一种用于回旋加速器的主径向探针信号标定方法，该方法包括下述步骤：

步骤一：连接主径向探针单元、射频单元和主控计算机；

步骤二：将探针运动到回旋加速器的最小半径处；

步骤三：按照一定的步长调节射频单元的入射功率；

步骤四：同步记录探针的位置、射频单元的实时功率和背景噪声；

步骤五：按照一定的步长改变探针的位置，重复步骤三和步骤四，直到探针运动到回旋加速器的最大半径处；

步骤六：根据步骤三-五测量得到的背景噪声的值，以射频单元的功率和探针的位置为自变量，以背景噪声为因变量，进行二维曲面拟合；

步骤七：通过二维曲面拟合，可以得到探针在任意位置和任意射频单元功率下的背景噪声；

步骤八：在回旋加速器束流流强测量时，同时对探针的位置和射频单元的功率进行测量，再通过拟合曲面获得背景噪声的值，最后将束流流强的实际测量值减去背景噪声的值，就可以得到束流流强的标定值。

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。