CN109597115B - 用于探测束流损失的设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于探测束流损失的设备，包括控制模组、信号采集模组和信号处理模组。其中，在设备处于正常操作状态下，信号采集模组用于采集束流损失信号，并将束流损失信号转换为第一数字信号，信号处理模组用于基于第一数字信号，确定束流损失值。控制模组响应于接收到控制信号，将设备的工作状态由正常操作第一状态切换到第二自检状态。在设备处于第二自检状态下，信号采集模组用于获得基准信号，并将基准信号转换为第二数字信号，信号处理模组用于接收并处理信号采集模组发送的第二数字信号，获得基准信号的测量特征值，其中，基准信号具有标定特征值，在测量特征值与标定特征值的差异大于预设阈值的情况下，确定设备出现异常。

Description

用于探测束流损失的设备

技术领域

本公开涉及一种用于探测束流损失的设备。

背景技术

高效的束流损失监测对加速器的稳定运行起着至关重要的作用。在束流出现丢失的情况下，通常需要测量束流的损失值。

然而，在实现本公开构思的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：当发现测量的损失值异常时，往往无法直接判断是设备本身的故障还是束流损失出现异常。

发明内容

本公开的一个方面提供了一种用于探测束流损失的设备，包括控制模组、信号采集模组和信号处理模组。其中，在设备处于正常操作状态下，信号采集模组用于采集束流损失信号，并将束流损失信号转换为第一数字信号，信号处理模组用于基于第一数字信号，确定束流损失值。控制模组响应于接收到控制信号，将设备的工作状态由正常操作第一状态切换到第二自检状态。在设备处于第二自检状态下，信号采集模组用于获得基准信号，并将基准信号转换为第二数字信号，信号处理模组用于接收并处理信号采集模组发送的第二数字信号，获得基准信号的测量频率值，其中，基准信号具有标定频率值，在测量频率值与标定频率值的差异大于预设阈值的情况下，确定设备出现异常。

可选地，控制模组包括驱动组件和开关组件。其中，驱动组件用于在接收到控制信号的情况下，输出激励信号。开关组件用于在所述激励信号的驱动下，导通自检回路，其中，在所述自检回路导通的情况下，所述设备的工作状态为自检状态。

可选地，开关组件包括继电器。

可选地，驱动组件包括控制芯片和复合晶体管阵列芯片，在控制芯片接收到控制信号的情况下，控制复合晶体管阵列芯片输出激励信号。

可选地，驱动组件还包括光耦，控制芯片与复合晶体管阵列芯片通过光耦连接。

可选地，所述设备还包括通信模组，用于将束流损失值转化为符合特定通信协议的数据包，以及将数据包发送到其他兼容特定通信协议的系统。

可选地，特定通信协议包括实验物理及工业控制通信协议。

可选地，信号采集模块包括多谐振荡器，通过所述多谐振荡器将束流损失信号转化为第一数字信号。

可选地，用于探测束流损失信号的设备，还包括多个传感器，分别对称设置于加速器管壁的四周，以捕获所述加速器损失的簇射电子，并将所述簇射电子转化为束流损失信号。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备100的框图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的控制模组110的框图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备的框图；

图4A示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备的示意图；

图4B示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备的下层PCB板的示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的多个传感器分别对称设置于加速器管壁四周的示意图；以及

图6示意性示出了根据本公开另一实施例的用于探测束流损失的设备的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开的实施例提供了一种用于探测束流损失的设备，包括控制模组、信号采集模组和信号处理模组。其中，在设备处于正常操作状态下，信号采集模组用于采集束流损失信号，并将束流损失信号转换为第一数字信号，信号处理模组用于基于第一数字信号，确定束流损失值。控制模组响应于接收到控制信号，将设备的工作状态由正常操作第一状态切换到第二自检状态。在设备处于第二自检状态下，信号采集模组用于获得基准信号，并将基准信号转换为第二数字信号，信号处理模组用于接收并处理信号采集模组发送的第二数字信号，获得基准信号的测量频率值，其中，基准信号具有标定频率值，在测量频率值与标定频率值的差异大于预设阈值的情况下，确定束流损失探测设备出现异常。

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备100的框图。

如图1所示，该设备100包括控制模组110、信号采集模组120和信号处理模组130。

在设备100处于正常操作状态下，信号采集模组120用于采集束流损失信号，并将束流损失信号转换为第一数字信号。信号处理模组130用于基于第一数字信号，确定束流损失值。

控制模组110响应于接收到控制信号，将设备100的工作状态由正常操作状态切换到自检状态。

在设备100处于自检状态下，信号采集模组120用于获得基准信号，并将基准信号转换为第二数字信号。信号处理模组130用于接收并处理信号采集模组120发送的第二数字信号，获得基准信号的测量频率值。

其中，基准信号具有标定频率值，在测量频率值与标定频率值的差异大于预设阈值的情况下，确定束流损失探测设备出现异常。

根据本公开的实施例，该用于探测束流损失的设备不仅能够测量束流损失值，还能够实现自检，使得当发现束流损失值异常时，可以通过该设备直接判断是否是设备本身的故障。

根据本公开的实施例，信号采集模组120例如可以包括多谐振荡器，通过多谐振荡器将束流损失信号转化为第一数字信号。

根据本公开的实施例，束流损失信号可以是电信号，例如可以是高电平的TTL(Transistor-Transistor Logic，逻辑门电路)电压脉冲。

根据本公开的实施例，例如可以是TTL电压脉冲信号通过网口传递到多谐振荡器，多谐振荡器将TTL电压脉冲信号转化为电压稳定、宽度可调的第一数字信号。

根据本公开的实施例，信号处理模组130例如可以包括控制芯片。控制芯片例如可以是意法半导体集团的STM32 M3芯片，STM32 M3芯片包括多个管脚，其中一些管脚为计数管脚，信号采集模组120输出的第一数字信号直接与STM32 M3芯片的计数管脚相连接，从而由STM32 M3芯片处理第一数字信号，根据第一数字信号确定束流损失值。

根据本公开的实施例，控制模组110用于响应于接收到控制信号，将设备100的工作状态由正常操作状态切换到自检状态。

根据本公开的实施例，控制信号可以是根据用户操作生成的。例如，控制模组110通过一开关和电源相连，当用户控制该开关闭合的情况下，电源与控制模组110导通，输出控制信号。又例如，该设备包括触摸屏，当用户触摸该触摸屏时，产生控制信号。

图2示意性示出了根据本公开实施例的控制模组110的框图。

如图2所示，控制模组110包括驱动组件210和开关组件220。

驱动组件210用于在接收到控制信号的情况下，输出激励信号，开关组件220用于在激励信号的驱动下，导通自检回路，在自检回路导通的情况下，设备的工作状态为自检状态。

根据本公开的实施例，开关组件例如可以包括继电器。在一实施例中，开关组件例如可以是电磁继电器，电磁继电器的驱动电压例如是22V，当电磁继电器线圈两端的电压达到22V时，自检回路导通。在该实施例中，驱动组件输出22V的电压信号，驱动电磁继电器闭合，导通自检回路。例如电磁继电器闭合将自检回路中的上拉电阻与预设信号源的使能端导通。

根据本公开的实施例，驱动组件210例如可以包括控制芯片和复合晶体管阵列芯片，在控制芯片接收到控制信号的情况下，控制芯片和复合晶体管阵列芯片导通，使得复合晶体管阵列芯片输出例如22V的激励信号。例如，控制芯片在接收到控制信号时，向复合晶体管阵列芯片输出3V的高电平信号，复合晶体管阵列芯片向继电器输出22V电压的激励信号，以使继电器闭合。

根据本公开的实施例，驱动组件210包括的控制芯片与信号处理模组130包括的控制芯片可以是同一个芯片，该芯片的部分管脚用于采集束流损失信号，另一部分管脚用于接收控制信号和在接收到控制信号的情况下，输出高电平信号。

根据本公开的实施例，驱动组件还可以包括光耦，光耦设置在控制芯片与复合晶体管阵列芯片之间。通过光耦将控制芯片与复合晶体管阵列芯片隔离，以保证控制芯片所需的稳定电压。

根据本公开的实施例，在控制模组110接收到控制信号的情况下，控制设备的工作状态由正常操作状态切换到自检状态。在自检状态下，信号采集模组120获得基准信号，其中，基准信号具有标定频率值。例如，信号采集模组120采集预设信号源产生的基准信号，该信号源产生固定频率的电信号，或者信号采集模组120能够自身产生固定频率的电信号。标定频率值例如可以是10千Hz。在自检状态下，信号采集模组120例如可以是处理信号源产生的固定频率的电信号，获得第二数字信号，信号处理模组130处理第二数字信号，获得第二数字信号的的测量频率值。若测量频率值与频率源的电信号的频率值的差异大于预设阈值的情况下，确定设备出现异常。

图3示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备300的框图。

如图3所示，用于探测束流损失的设备300在前述实施例的基础上还包括通信模组310。

通信模组310用于将所述束流损失值转化为符合特定通信协议的数据包，以及将所述数据包发送到其他兼容所述特定通信协议的系统。

根据本公开的实施例，通信模组310例如可以是嵌入式芯片，嵌入式芯片根据特定通信协议将束流损失值转化为符合该特定通信协议的数据包，并将数据包通过网络发送到其他兼容特定通信协议的系统上。根据本公开的实施例的该设备不仅能够将束流损失值实时地发布到其他系统中，方便技术人员查看，并且可以自身运行特定通信协议，而不需要通过其他媒介例如工业计算机使设备与特定通信协议的系统通信，简化了系统架构，降低了成本。

根据本公开的实施例，特定通信协议可以是实验物理及工业控制通信协议(Experimental Physics and Industrial Control System，EPICS)。根据本公开的实施例，将处理后的束流损失值发送到EPICS控制网络所需的发布成本较低。

图4A示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备400的示意图。

图4B示意性示出了根据本公开实施例的用于探测束流损失的设备400的下层PCB板401的示意图。

如图4A所示，用于探测束流损失的设备400包括上层PCB板和下层PCB板401。

如图4A和4B所示，用于探测束流损失的设备400包括网口410、单稳态多谐振荡器420、控制芯片430、光耦440、复合晶体管阵列芯片450、继电器460、嵌入式芯片470。

根据本公开的实施例，在正常操作模式下，束流损失信号通过网口410传递到单稳态多谐振荡器420，单稳态多谐振荡器420将束流损失信号转化为第一数字信号，控制芯片430的部分管脚接收第一数字信号，并根据第一数字信号计算束流损失值。

在控制芯片430的另外一些管脚接收到控制信号的情况下，控制芯片430产生高电平信号，高电平信号导通光耦440和复合晶体管阵列芯片450，复合晶体管阵列芯片450例如可以输出22V的信号，以驱动继电器460闭合，使得设备400进入自检模式。

在自检模式下，网口410例如可以接收固定频率的信号源发送的信号，并传递到单稳态多谐振荡器420，单稳态多谐振荡器420将固定频率的信号源发送的基准信号转化为第二数字信号，控制芯片430的部分管脚接收第二数字信号，并根据第二数字信号计算测量频率值。

根据本公开的实施例，在测量频率值与固定频率的信号源的频率值差异大于阈值的情况下，确定用于探测束流损失的设备400存在异常。

根据本公开的实施例，用于探测束流损失信号的设备还可以包括多个传感器，分别对称设置于加速器管壁的四周，以捕获所述加速器损失的簇射电子，并将所述簇射电子转化为束流损失信号。根据本公开的实施例，传感器例如可以是双PIN光电二极管。

图5示意性示出了根据本公开实施例的多个传感器分别对称设置于加速器管壁四周的示意图。

如图5所示，加速器510的四周对称设置传感器520～传感器550。传感器520和传感器540分别设置于加速器510的上下位置，传感器530和传感器550分别设置于加速器510的左右位置。

图6示意性示出了根据本公开另一实施例的用于探测束流损失的设备的示意图。

如图6所示，用于探测束流损失的设备例如可以包括4个传感器，传感器1～传感器4，该4个传感器可以分别设置于加速器的四周，以获得4个位置的束流损失信号。

传感器获得的束流损失信号例如可以通过网口传递到输入信号处理模块处理，输入信号处理模块例如可以是多谐振荡器，由多谐振荡器处理束流损失信号，获得第一数字信号。第一数字信号例如可以由ARM 32位处理器Cortex-M3处理，获得束流损失值。

束流损失值例如可以通过数据总线发送到Cortex-A8处理器，由Cortex-A8处理器将束流损失值打包成符合EPICS协议的数据包，并通过网络将数据包发送至用户界面。

根据本公开的实施例，如图6所示，用于探测束流损失的设备由正常操作模式切换为自检模式，可以是用户触摸触摸屏，使Cortex-M3获得控制信号，Cortex-M3例如可以输出3V的高电平信号以导通光耦和复合晶体管阵列芯片，从而驱动继电器闭合，从而将探测束流损失的设备切换为自检模式。

在自检模式下，输入信号处理模块处理预设信号源的电信号，由Cortex-M3计算该电信号的频率值。类似地，该频率值也可以通过EPICS协议网络发送到用户界面，以供用户比较该频率值与预设信号源的频率值是否差异过大，若存在较大差异，则确定设备出现故障。或者，该测量的频率值也可以通过其他本领域技术人员可以实现的技术手段发送到用户可以观看到的位置，或者该设备直接输出判断结果，例如设备出现故障或者未出现故障等。

根据本公开的实施例，如图6所示的用于探测束流损失的设备还包括数据存储模块，例如存储束流损失值或者其他数据。

根据本公开的实施例，如图6所示的用于探测束流损失的设备还包括USB接口和/或者串口，使得该设备能够通过USB接口和/或者串口与其他设备通信。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (9)

1.一种用于探测束流损失的设备，包括：

控制模组；

信号采集模组；

信号处理模组；

其中，在所述设备处于正常操作状态，所述信号采集模组用于采集束流损失信号，并将所述束流损失信号转换为第一数字信号，所述信号处理模组用于基于所述第一数字信号，确定束流损失值，

所述控制模组响应于接收到控制信号，将所述设备的工作状态由正常操作状态切换到自检状态；在所述设备处于自检状态下，所述信号采集模组用于获得基准信号，并将所述基准信号转换为第二数字信号，所述信号处理模组用于接收并处理所述信号采集模组发送的第二数字信号，获得所述基准信号的测量频率值，

其中，所述基准信号具有标定频率值，在所述测量频率值与所述标定频率值的差异大于预设阈值的情况下，确定所述设备出现异常。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制模组包括驱动组件和开关组件，

所述驱动组件用于在接收到控制信号的情况下，输出激励信号；

所述开关组件用于在所述激励信号的驱动下，导通自检回路，其中，在所述自检回路导通的情况下，所述设备的工作状态为自检状态。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述开关组件包括继电器。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述驱动组件包括控制芯片和复合晶体管阵列芯片，在所述控制芯片接收到控制信号的情况下，控制所述复合晶体管阵列芯片输出激励信号。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述驱动组件还包括光耦，所述控制芯片与所述复合晶体管阵列芯片通过所述光耦连接。

6.根据权利要求1所述的设备，还包括：通信模组，用于将所述束流损失值转化为符合特定通信协议的数据包，以及将所述数据包发送到其他兼容所述特定通信协议的系统。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述特定通信协议包括实验物理及工业控制通信协议。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号采集模块包括多谐振荡器，通过所述多谐振荡器将束流损失信号转化为第一数字信号。

9.根据权利要求1所述的设备，还包括多个传感器，分别对称设置于加速器管壁的四周，以捕获所述加速器损失的簇射电子，并将所述簇射电子转化为束流损失信号。

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