CN109239626A - 一种超导回旋加速器磁场测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导回旋加速器磁场测量装置，属于磁场测量装置领域，包括壳体，壳体内分别安装有第一加速器磁铁和第二加速器磁铁，且第一加速器磁铁和第二加速器磁铁之间存在间隙，第一加速器磁铁和第二加速器磁铁两侧的壳体内安装有超导磁铁，第一加速器磁铁、第二加速器磁铁和超导磁铁围成检测内腔；检测内腔内转动安装有测量臂，测量臂上滑动安装有滑块，滑块上分别安装有霍尔探头和感应线圈探头；壳体上分别安装有测量臂驱动机构和滑块驱动机构。本发明具有以下优点和效果：通过霍尔探头和感应线圈探头两种方法测量数据，相互验证，从而提高测量装置测量数据的准确度和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及超导回旋加速器领域，尤其涉及一种超导回旋加速器磁场测量装置。
背景技术
霍尔效应法和磁通量法是加速器里常用的两种磁场测量方法。
霍尔效应法采用霍尔探头进行磁场测量，市面上有成熟的产品，最大测量磁场强度可达到几十T，特别是在2T以内的磁场范围内，测量精度可达到10-4，大量应用于常温回旋加速器的磁场测量中。
磁通量法利用感应线圈在磁场中运动产生电动势的原理，通过积分器测量电动势对时间的积分获得磁通量的变化，因此该测量方法要求配套核磁共振探头获得某一参考点的磁场和精确标定探头的面积，理论上可以达到的最高精度为10-5。
超导回旋加速器磁场强度高，要求的测量精度一般要高于常温回旋加速器，非常适合采用磁通量法进行磁场测量。但感应线圈探头结构的通用性差，市面上无标准产品，需要针对不同情况进行单独设计；且磁通量法涉及机械对中、面积标定和积分器线性漂移等问题，误差来源多样，专业性要求高，对测量数据的验证是必须要重点关注的问题。但现有加速器磁场测量装置均不能实现对测量数据验证，从而影响检测数据的准确度和可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超导回旋加速器磁场测量装置，其通过霍尔探头和感应线圈探头两种方法测量数据，相互验证，从而提高磁场测量装置测量数据的准确度和可靠性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种超导回旋加速器磁场测量装置，包括壳体，所述壳体内分别安装有第一加速器磁铁和第二加速器磁铁，且所述第一加速器磁铁和第二加速器磁铁之间存在间隙，第一加速器磁铁和第二加速器磁铁两侧的所述壳体内安装有超导磁铁，所述第一加速器磁铁、第二加速器磁铁和超导磁铁围成检测内腔；所述检测内腔内转动安装有测量臂，所述测量臂上滑动安装有滑块，所述滑块上分别安装有霍尔探头和感应线圈探头；所述壳体上分别安装有测量臂驱动机构和滑块驱动机构，其中所述测量臂驱动机构与测量臂相连从而驱动测量臂在检测内腔内做圆周运动，所述滑块驱动机构与滑块相连从而驱动滑块在测量臂上做往复运动。
通过采用上述技术方案，滑块上分别安装有霍尔探头和感应线圈探头，霍尔探头和感应线圈探头通过滑块在测量臂上移动时，可通过计算机计算出不同的进程中同步采集霍尔探头和感应线圈探头获得的位置和磁场数据，因此可比较磁场沿着半径的变化曲线，两者测量的数据相互验证，从而提高测量装置测量数据的准确度和可靠性。
由于测量臂能够在检测内腔内做圆周运动，同时安装在测量臂上的滑块能够沿测量臂做直线运动，从而安装在滑块上的霍尔探头和感应线圈探头能够获得磁场不同位置的磁场数据，从而提高测量装置测量数据的全面性。
本发明进一步设置为，所述测量臂驱动机构包括第一电机、连接轴、第一齿轮和第二齿轮，靠近第二加速器磁铁一侧的所述测量臂上安装有第二齿轮，所述连接轴一端依次穿过第二加速器磁铁和壳体侧壁后与设置在壳体外侧的第一电机相连，位于检测内腔内的所述连接轴另一端上安装有与第二齿轮啮合的第一齿轮。
通过采用上述技术方案，第一电机驱动连接轴转动，连接轴转动带动安装在连接轴上的第一齿轮转动，由于第一齿轮与第二齿轮啮合，因此第一齿轮能够带动第二齿轮转动，第二齿轮带动测量臂转动，从而实现测量臂能够在检测内腔内做圆周运动。
本发明进一步设置为，所述测量臂通过转动轴与壳体相连，穿过壳体侧壁的所述转动轴上安装有设置在壳体外侧的角度编码器。
通过采用上述技术方案，转动轴的设置为测量臂在检测内腔内提供转动的支撑点；角度编码器安装在转动轴上，因此当转动轴转动时，角度编码器能够测量转动轴所转动的角度，从而能够精确反馈当前测量角度值。
本发明进一步设置为，所述滑块驱动机构包括第二电机、传动轴和传动轮，所述传动轴安装在转动轴内，且传动轴与转动轴的内侧壁之间存在间隙；所述传动轴一端伸出转动轴与第二电机相连，转动轴内的所述传动轴另一端上安装有传动轮，所述传动轮上分别安装有穿过传动轴且拉动滑块移动的第一拉绳和拉动滑块复位的第二拉绳，所述第一拉绳与滑块的侧壁相连，相对一侧的所述滑块侧壁与第二拉绳相连。
通过采用上述技术方案，第二电机驱动传动轴转动，传动轴带动安装在传动轴上的传动轮转动。
当第二电机正向转动时，安装在传动轮上的第一拉绳绕附至传动轮上，从而带动滑块朝向与第一拉绳相连的一端滑移，同时安装在传动轮上的第二拉绳解离传动轮，从而不会限制滑块向与第一拉绳相连的一端滑移；当第二电机反向转动时，安装在传动轮上的第二拉绳绕附至传动轮上，从而带动滑块朝向与第二拉绳相连的一端滑移，同时安装在传动轮上的第一拉绳解离传动轮，从而不会限制滑块向与第二拉绳相连的一端滑移。
由于传动轴与转动轴的内侧壁之间存在间隙，因此第一电机驱动转动轴转动的同时并不会带动传动轴的转动；同理，第二电机驱动传动轴转动的同时也不会带动转动轴的转动；同时由于转动轴与传动轴套接安装，因此能够在壳体开孔的狭小空间内同时安装转动轴和传动轴。
本发明进一步设置为，所述壳体上安装有核磁共振探头驱动机构，所述核磁共振探头驱动机构包括气缸、气缸支撑块、核磁共振探头安装杆和核磁共振探头，所述壳体外侧壁上安装有气缸支撑块，所述气缸支撑块上安装有气缸，所述壳体内安装有核磁共振探头安装杆，所述核磁共振探头安装杆一端穿过第一加速器磁铁后与穿过气缸支撑块和壳体侧壁的气缸活塞杆相连，位于检测内腔内的所述核磁共振探头安装杆另一端上安装有核磁共振探头。
通过采用上述技术方案，气缸能够驱动核磁共振探头安装杆在壳体内做上下运动；当需要核磁共振探头检测壳体中心参考点的磁场值时，可通过气缸驱动核磁共振探头安装杆向下移动，通过安装在核磁共振探头安装杆上的核磁共振探头对壳体中心参考点进行磁场测量；测量完成后，可通过气缸驱动核磁共振探头安装杆向上移动，从而避免影响滑块的运动。
核磁共振探头能够定点监测壳体中心参考点的磁场值，相比较安装在滑块上的霍尔探头和感应线圈探头而言，其测得的定点磁场值更加准确。
本发明进一步设置为，所述滑块一侧的侧壁上开设有感应线圈探头存储凹槽，所述感应线圈探头存储凹槽内安装有感应线圈探头；相对一侧的所述滑块侧壁上开设有霍尔探头存储凹槽，所述霍尔探头存储凹槽内安装有霍尔探头；所述感应线圈探头的轴心线与霍尔探头的轴心线在同一直线上，且所述感应线圈探头的轴心线与壳体的轴心线在同一直线上。
通过采用上述技术方案，由于感应线圈探头的轴心线与霍尔探头的轴心线在同一直线上，且所述感应线圈探头的轴心线与壳体的轴心线在同一直线上，因此感应线圈探头和霍尔探头能够检测到壳体中心平面上的磁场值，从而能够确保测量数据的准确度和可靠性。
本发明进一步设置为，所述测量臂上安装有光栅尺。
通过采用上述技术方案，光栅尺的设置能够准确的反应滑块在测量臂上滑动的距离，从而为比较磁场沿着半径的变化曲线提供准确的半径变化值。
本发明进一步设置为，所述测量臂上安装有供滑块滑行的滑槽，靠近超导磁铁的滑槽两端均安装有限位开关。
通过采用上述技术方案，滑槽的设置能够确保滑块滑行的轨迹，从而保证滑块在测量臂上进行直线移动；限位开关的设置能够降低滑块滑出测量臂的概率。
本发明进一步设置为，靠近超导磁铁的所述测量臂侧壁上安装有线槽架，靠近测量臂的所述超导磁铁侧壁上开设有第一走线凹槽，所述线槽架与第一走线凹槽形成线缆存储内腔；所述测量臂侧壁上开设第二走线凹槽，所述第二走线凹槽与滑块上的穿线孔连通安装；所述第二走线凹槽内存储有线缆保护拖链的一端，所述线缆保护拖链的另一端存储在线缆存储内腔内。
大部分的常温回旋加速器采用基于霍尔探头的磁场测量装置，分别利用磁铁上中心孔和下中心孔安装驱动装置和设计电缆走线。超导回旋加速器结构非常紧凑，为避免漏磁，壳体盖板中心和磁轭开孔都较小，且磁通量法需要利用某一中心孔安装核磁共振探头，可以利用的空间更加有限。
本申请超导回旋加速器需要从加速器内引出的线缆包括：霍尔探头电缆、感应线圈探头电缆、光栅读数头电缆和限位开关电缆，所有线缆安装在线缆保护拖链内；通过采用上述技术方案，随测量臂整体运动，保证测量臂正转和反转180度时走线顺畅。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、霍尔探头和感应线圈探头通过滑块在测量臂上移动时，可通过计算机计算出不同的进程中同步采集霍尔探头和感应线圈探头获得的位置和磁场数据，因此可比较磁场沿着半径的变化曲线，两者测量的数据相互验证，从而提高测量装置测量数据的准确度和可靠性，为加速器磁场垫补和束流动力学计算提供更可靠的数据；
2、角度编码器能够测量转动轴所转动的角度，从而能够精确反馈当前测量角度值；
3、核磁共振探头能够定点监测壳体中心参考点的磁场值，相比较安装在滑块上的霍尔探头和感应线圈探头而言，其测得的定点磁场值更加准确；
4、通过线缆保护拖链的设置保证测量臂正转和反转180度时走线顺畅。
附图说明
图1为本发明超导回旋加速器磁场测量装置的结构示意图；
图2为测量臂与滑块的安装结构示意图；
图3为测量臂在180度时线缆保护拖链的位置示意图；
图4为测量臂在0度时线缆保护拖链的位置示意图；
图5为测量臂在360度时线缆保护拖链的位置示意图。
附图标记：1、第一加速器磁铁；2、第二加速器磁铁；3、超导磁铁；4、气缸；5、气缸支撑块；6、核磁共振探头安装杆；7、核磁共振探头；8、核磁共振探头数据线；9、测量臂；10、滑块；11、线槽架；12、第一电机；13、连接轴；14、第一齿轮；15、第二齿轮；16、角度编码器；17、转动轴；18、第二电机；19、传动轴；20、感应线圈探头；21、霍尔探头；22、感应线圈探头电缆；23、霍尔探头电缆；24、光栅读数头；25、光栅尺；26、线缆保护拖链；31、壳体；32、传动轮；34、第一拉绳；35、第二拉绳；36、第一走线凹槽；37、第二走线凹槽；38、限位开关。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种超导回旋加速器磁场测量装置，包括壳体31，壳体31内分别安装有第一加速器磁铁1和第二加速器磁铁2，且第一加速器磁铁1与第二加速器磁铁2之间存在间隙；第一加速器磁铁1和第二加速器磁铁2两侧的壳体31内均安装有超导磁铁3，第一加速器磁铁1、第二加速器磁铁2和超导磁铁3围成检测内腔。
检测内腔内安装有测量臂9，靠近第二加速器磁铁2一端的测量臂9侧壁与转动轴17相连，且测量臂9的中心线与转动轴17的轴心线重合。远离测量臂9的转动轴17一端穿过第二加速器磁铁2和壳体31侧壁的中心孔后与安装在壳体31外侧的角度编码器16相连。
检测内腔内的转动轴17外套接有第二齿轮15，靠近第二加速器磁铁2一端的壳体31内安装有连接轴13，检测内腔内的连接轴13上安装有第一齿轮14，第一齿轮14与第二齿轮15啮合，连接轴13穿过第二加速器磁铁2和壳体31侧壁后与安装在壳体31外侧的第一电机12输出轴通过联轴器相连。第一电机12通过支架与壳体31相连。
靠近第一加速器磁铁1一侧的测量臂9侧壁中间开设有滑槽，滑槽内滑动安装有滑块10。靠近超导磁铁3的滑槽两端上均安装有限位开关38。
转动轴17内安装有传动轴19，转动轴17的轴心线与传动轴19的轴心线重合，且转动轴17的内侧壁与传动轴19之间存在间隙。第一齿轮14与第二加速器磁铁2之间且位于转动轴17内的传动轴19上安装有传动轮32。传动轮32一侧的转动轴17上开设有第一通孔，第一通孔使转动轴17的内腔与检测内腔连通；传动轮32另一侧的转动轴17上开设有第二通孔，第二通孔也使转动轴17的内腔与检测内腔连通。传动轮32上分别安装有第一拉绳34和第二拉绳35，其中第一拉绳34的一端固定在传动轮32上，另一端穿过第一通孔后与滑块10的一侧壁相连；第二拉绳35的一端也固定在传动轮32上，另一端穿过第二通孔后与滑块10的另一侧壁相连；第一拉绳34和第二拉绳35设置在滑块10相对的两个侧壁上。远离传动轮32一端的传动轴19穿过转动轴17后与安装在壳体31外侧的第二电机18输出轴通过联轴器相连。第二电机18通过支架与壳体31相连。
靠近第一加速器磁铁1的壳体31外侧壁上安装有气缸支撑块5，气缸支撑块5上安装有气缸4，靠近第一加速器磁铁1的壳体3内安装有核磁共振探头安装杆6，核磁共振探头安装杆6的一端穿过第一加速器磁铁1后与穿过气缸4和壳体31侧壁中心孔的气缸4活塞杆通过联轴器相连。远离气缸4的核磁共振探头安装杆6上安装有核磁共振探头7。核磁共振探头安装杆6上设置有供核磁共振探头7的核磁共振探头数据线8穿过的通孔，核磁共振探头数据线8一端与核磁共振探头7相连，另一端依次穿过通孔和壳体31侧壁后与电脑相连从而实现数据通信。
如图2所示，滑块10一侧的侧壁上开设有感应线圈探头存储凹槽，感应线圈探头存储凹槽内安装有感应线圈探头20；相对一侧的滑块10侧壁上开设有霍尔探头存储凹槽，霍尔探头存储凹槽内安装有霍尔探头21；感应线圈探头20的轴心线与霍尔探头21的轴心线在同一直线上，且感应线圈探头20的轴心线与壳体31的轴心线在同一直线上。感应线圈探头20的引出感应线圈探头电缆22绕开霍尔探头21，同时霍尔探头21的引出霍尔探头电缆23也绕开感应线圈探头20。
测量臂9上安装光栅尺25，光栅尺25与光栅读数头24相连。
如图1所示，靠近超导磁铁3的测量臂9侧壁上安装有线槽架11，靠近测量臂9的超导磁铁3侧壁上开设有第一走线凹槽36，线槽架11与第一走线凹槽36形成线缆存储内腔。
如图2所示，测量臂9侧壁上开设第二走线凹槽37，所述第二走线凹槽37与滑块10上的穿线孔连通安装。
第二走线凹槽37内存储有线缆保护拖链26的一端，线缆保护拖链26的另一端存储在线缆存储内腔内。
如图3所示，测量臂9在180度时，此时线缆保护拖链26的两端均在测量臂9的同一侧。
如图4所示，当测量臂9在180度时顺时针旋转180度后，线缆保护拖链26的两端均在测量臂9的两侧。
如图5所示，当测量臂9在180度时逆时针旋转180度后，线缆保护拖链26的两端也均在测量臂9的两侧。
综上所述，以测量臂9在180度时为起点，测量臂9可顺时针旋转180度或逆时针旋转180度，线缆保护拖链26内的线缆均不会缠绕，能够保证走线顺畅。
本实施例所述超导回旋加速器磁场测量装置的使用方法：
当感应线圈探头20和霍尔探头21需要检测同一圆周不同位置的磁场时，启动第一电机12，第一电机12驱动连接轴13转动，连接轴13带动第一齿轮14转动，第一齿轮14带动第二齿轮15转动，第二齿轮15带动转动轴17转动，转动轴17带动测量臂9以转动轴17轴心线为旋转中心做圆周运动，从而带动安装在测量臂9上的滑块10做圆周运动；此时第二电机停止运行，从而滑块10静止在测量臂9上。
当感应线圈探头20和霍尔探头21需要检测同一半径不同位置的磁场时，启动第二电机18，当第二电机18正向转动时，安装在传动轮32上的第一拉绳34绕附至传动轮32上，从而带动滑块10朝向与第一拉绳34相连的一端滑移，同时安装在传动轮32上的第二拉绳35解离传动32轮，从而不会限制滑块10向与第一拉绳34相连的一端滑移；当第二电机18反向转动时，安装在传动轮32上的第二拉绳35绕附至传动轮32上，从而带动滑块10朝向与第二拉绳35相连的一端滑移，同时安装在传动轮32上的第一拉绳34解离传动轮32，从而不会限制滑块10向与第二拉绳35相连的一端滑移。
当需要核磁共振探头7检测壳体31中心参考点的磁场值时，可通过气缸4驱动核磁共振探头安装杆6向下移动，通过安装在核磁共振探头安装杆6上的核磁共振探头7对壳体31中心参考点进行磁场测量；测量完成后，可通过气缸4驱动核磁共振探头安装杆6向上移动，从而避免影响滑块10的运动。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种超导回旋加速器磁场测量装置，包括壳体（31），所述壳体（31）内分别安装有第一加速器磁铁（1）和第二加速器磁铁（2），且所述第一加速器磁铁（1）和第二加速器磁铁（2）之间存在间隙，第一加速器磁铁（1）和第二加速器磁铁（2）两侧的所述壳体（31）内安装有超导磁铁（3），所述第一加速器磁铁（1）、第二加速器磁铁（2）和超导磁铁（3）围成检测内腔；其特征在于：所述检测内腔内转动安装有测量臂（9），所述测量臂（9）上滑动安装有滑块（10），所述滑块（10）上分别安装有霍尔探头（21）和感应线圈探头（20）；所述壳体（31）上分别安装有测量臂驱动机构和滑块驱动机构，其中所述测量臂驱动机构与测量臂（9）相连从而驱动测量臂（9）在检测内腔内做圆周运动，所述滑块驱动机构与滑块（10）相连从而驱动滑块（10）在测量臂（9）上做往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述测量臂驱动机构包括第一电机（12）、连接轴（13）、第一齿轮（14）和第二齿轮（15），靠近第二加速器磁铁（2）一侧的所述测量臂（9）上安装有第二齿轮（15），所述连接轴（13）一端依次穿过第二加速器磁铁（2）和壳体（31）侧壁后与设置在壳体（31）外侧的第一电机（12）相连，位于检测内腔内的所述连接轴（13）另一端上安装有与第二齿轮（15）啮合的第一齿轮（14）。
3.根据权利要求2所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述测量臂（9）通过转动轴（17）与壳体（31）相连，穿过壳体（31）侧壁的所述转动轴（17）上安装有设置在壳体（31）外侧的角度编码器（16）。
4.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述滑块驱动机构包括第二电机（18）、传动轴（19）和传动轮（32），所述传动轴（19）安装在转动轴（17）内，且传动轴（19）与转动轴（17）的内侧壁之间存在间隙；所述传动轴（19）一端伸出转动轴（17）与第二电机（18）相连，转动轴（17）内的所述传动轴（19）另一端上安装有传动轮（32），所述传动轮（32）上分别安装有穿过转动轴（17）且拉动滑块（10）移动的第一拉绳（34）和拉动滑块（10）复位的第二拉绳（35），所述第一拉绳（34）与滑块（10）的侧壁相连，相对一侧的所述滑块（10）侧壁与第二拉绳（35）相连。
5.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述壳体（31）上安装有核磁共振探头驱动机构，所述核磁共振探头驱动机构包括气缸（4）、气缸支撑块（5）、核磁共振探头安装杆（6）和核磁共振探头（7），所述壳体（31）外侧壁上安装有气缸支撑块（5），所述气缸支撑块（5）上安装有气缸（4），所述壳体（31）内安装有核磁共振探头安装杆（6），所述核磁共振探头安装杆（6）一端穿过第一加速器磁铁（1）后与穿过气缸支撑块（5）和壳体（31）侧壁的气缸（4）活塞杆相连，位于检测内腔内的所述核磁共振探头安装杆（6）另一端上安装有核磁共振探头（7）。
6.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述滑块（10）一侧的侧壁上开设有感应线圈探头存储凹槽，所述感应线圈探头存储凹槽内安装有感应线圈探头（20）；相对一侧的所述滑块（10）侧壁上开设有霍尔探头存储凹槽，所述霍尔探头存储凹槽内安装有霍尔探头（21）；所述感应线圈探头（20）的轴心线与霍尔探头（21）的轴心线在同一直线上，且所述感应线圈探头（20）的轴心线与壳体（31）的轴心线在同一直线上。
7.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述测量臂（9）上安装有光栅尺（25）。
8.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：所述测量臂（9）上安装有供滑块（10）滑行的滑槽，靠近超导磁铁（3）的滑槽两端均安装有限位开关（38）。
9.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器磁场测量装置，其特征在于：靠近超导磁铁（3）的所述测量臂（9）侧壁上安装有线槽架（11），靠近测量臂（9）的所述超导磁铁（3）侧壁上开设有第一走线凹槽（36），所述线槽架（11）与第一走线凹槽（36）形成线缆存储内腔；所述测量臂（9）侧壁上开设第二走线凹槽（37），所述第二走线凹槽（37）与滑块（10）上的穿线孔连通安装；所述第二走线凹槽（37）内存储有线缆保护拖链（26）的一端，所述线缆保护拖链（26）的另一端存储在线缆存储内腔内。
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