CN110418489A - 一种离子源束流稳定性控制系统及方法 - Google Patents

一种离子源束流稳定性控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种离子源束流稳定性控制系统及方法，其特征在于，包括针阀、气体流量计、驱动电机、束诊元件和控制系统；所述针阀和气体流量计依次设置在离子源气源储气罐出气口与ECR离子源进气口之间的管道上，所述针阀通过机械驱动装置连接所述驱动电机的输出端，所述针阀用于控制所述离子源气源储气罐的出气量，所述气体流量计用于采集所述ECR离子源进气口处的气体流量；所控制系统分别电连接所述气体流量计、驱动电机和束诊元件，所述束诊元件用于测量所述ECR离子源的束流流强，本发明可以广泛应用于离子源技术领域中。

Description

一种离子源束流稳定性控制系统及方法
技术领域
本发明是关于一种离子源束流稳定性控制系统及方法，属于离子源技术领域。
背景技术
随着加速器物理、原子物理等基础科学研究的发展和加速器在工业领域中的应用，对离子束的束流指标要求越来越高，这也对离子源提出更高的稳定性要求。ECR(电子回旋共振)离子源是当前国际上公认的能够提供强流高电荷态离子的最有效工具，是国际离子源发展的焦点和热点，世界上很多实验室均投入了相当大的人力和物力发展这种离子源。
中科院近代物理研究所的HIRFL-CSR(Heavy Ion Research Facility inLanzhou-Cooling Storage Ring，兰州重离子加速器冷却储存环)装置、重离子治癌装置和其它实验装置中均采用ECR离子源提供束流。然而，在装置运行调试过程中，经常会出现离子源的束流强度因受到环境温度变化的影响，例如一天24小时内由于早上、中午和晚上的温度不同，而导致离子源进气量的微小变化；另外，ECR离子源的进气罐中气体的气压，也会随着气体消耗量的增加而使进气罐内的气压变小。上述两种情况，在进气针阀开度不变的情况下，均会引起离子源腔内实际供入气体量的变化，从而导致离子源引出束流强度的波动和不稳定。
针对这些实际的运行情况，一般需要调束人员根据束流探测设备，结合人工调节针阀的方式，完成束流稳定性控制，劳动量大且易于出错。同时，这种由进气量引起束流强度的变化，调束人员一般是通过查看控制界面发现，在时间上有一定的滞后性；且当发现束流波动后，依靠调束人员去调节进气量，会增加维护工作量，容易造成束流时间和人力资源的浪费。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够节约束流时间和减少人力资源浪费的离子源束流稳定性控制系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，包括针阀、气体流量计、驱动电机、束诊元件和控制系统；所述针阀和气体流量计依次设置在离子源气源储气罐出气口与ECR离子源进气口之间的管道上，所述针阀通过机械驱动装置连接所述驱动电机的输出端，所述针阀用于控制所述离子源气源储气罐的出气量，所述气体流量计用于采集所述ECR离子源进气口处的气体流量；所控制系统分别电连接所述气体流量计、驱动电机和束诊元件，所述束诊元件用于测量所述ECR离子源的束流流强。
优选地，所述控制系统包括控制界面、电机驱动放大器和PID控制器，其中，所述PID控制器内设置有网络接口、通信接口、气体流量获取模块、束流流强获取模块、数据分析模块和电机驱动模块；所述控制界面用于在线设置参数，并通过所述网络接口发送至所述数据分析模块，其中，所述参数为所述ECR离子源离化气体的进气流量值；所述气体流量获取模块用于通过所述通信接口获取所述气体流量计采集的气体流量，处理得到气体流量曲线，并发送至所述数据分析模块；所述束流流强获取模块用于通过所述通信接口获取所述束诊元件测量的束流流强，处理得到束流流强曲线，并发送至所述数据分析模块；所述数据分析模块用于根据气体流量曲线和束流流强曲线，确定所述PID控制器的控制参数，根据设置的参数和确定的控制参数得到控制信号，并发送至所述电机驱动模块；所述电机驱动模块用于根据控制信号，通过所述电机驱动放大器控制所述驱动电机的工作，进而控制所述针阀的开度。
优选地，所述通信接口采用RS232或RS485接口。
优选地，所述网络接口采用100/1000M以太网接口。
优选地，所述驱动电机采用位置模式的伺服电机。
优选地，所述机械驱动装置采用带螺纹的刚性绝缘杆。
优选地，所述束诊元件采用可测量束流流强的FC仪器。
一种离子源束流稳定性控制方法，其特征在于，包括以下内容：1)在ECR离子源进气口安装气体流量计，气体流量计获取ECR离子源进气口处的气体流量并发送至控制系统，同时，束诊元件测量ECR离子源的束流流强，并发送至控制系统；2)控制系统将测得的气体流量值和束流流强值分别绘制时间与数值变化曲线，得到同一时刻气体流量与束流流强的对应关系，并根据该对应关系，确定控制参数；3)在离子源气源储气罐出气口与ECR离子源进气口之间的管道上安装针阀；4)控制系统根据预先设定的参数和确定的控制参数，控制驱动电机的工作，进而控制针阀的开度，实现对ECR离子源进气量的自动闭环控制。
优选地，所述步骤4)的具体过程为：通过控制界面在线设置参数，并通过网络接口发送至数据分析模块；数据分析模块根据设置的参数和确定的控制参数，得到控制信号；电机驱动模块根据控制信号通过电机驱动放大器经驱动电机控制针阀的开度。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明的主要部件有气体流量计、驱动电机和控制系统，通过气体流量计实现ECR离子源进气流量的在线检测，通过驱动电机控制针阀的开度，针阀与气体流量计之间的闭环控制算法采用PID控制算法，能够用于ECR离子源正常供束期间，由于受到环境温度变化或储气罐气压变化而引起的ECR离子源离化腔体内气体量的变化，并由此引发离子源引出束流的强度波动。通过本发明可以实现离子源引出束流强度的稳定性控制，可以增强离子源长期运行的束流稳定性，技术方案简单，可实施性好和设备利用率高，可以广泛应用于离子源技术领域中。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明系统中控制系统的闭环控制示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提供的离子源束流稳定性控制系统包括针阀1、机械驱动装置、气体流量计2、驱动电机3、束诊元件和控制系统4。
针阀1和气体流量计2依次安装在离子源气源储气罐5出气口与ECR离子源6进气口之间的管道上，针阀1通过机械驱动装置连接驱动电机3的输出端，针阀1用于控制离子源气源储气罐5的出气量，气体流量计2用于采集ECR离子源6进气口处的气体流量。气体流量计2、驱动电机3和束诊元件分别电连接控制系统4，束诊元件用于测量ECR离子源6的束流流强，控制系统4用于采用PID控制算法，根据气体流量计2采集的气体流量和束诊元件测量的束流流强，通过驱动电机3控制针阀1的开度。
在一个优选的实施例中，如图2所示，控制系统4包括控制界面41、电机驱动放大器42和PID控制器43，其中，PID控制器43内设置有网络接口431、通信接口432、气体流量获取模块、束流流强获取模块、数据分析模块433和电机驱动模块434。
控制界面41用于在线设置参数，并通过网络接口431发送至数据分析模块，其中，参数为ECR离子源离化气体的进气流量值，为PID控制器的给定值。
气体流量获取模块用于通过通信接口432获取气体流量计2采集的气体流量，处理得到气体流量曲线，并发送至数据分析模块433。
束流流强获取模块用于通过通信接口432获取束诊元件测量的束流流强，处理得到ECR离子源的束流流强曲线，并发送至数据分析模块433。
数据分析模块433用于根据得到的气体流量曲线和束流流强曲线，确定PID控制器43的控制参数，根据设置的参数和确定的控制参数得到控制信号，并发送至电机驱动模块434，其中，PID控制器43的控制参数包括比例、积分和微分参数。
电机驱动模块434用于根据控制信号，通过电机驱动放大器42控制驱动电机3的工作，进而控制针阀1的开度。
在一个优选的实施例中，驱动电机3采用位置模式的伺服电机，位置模式的伺服电机将其位置经电机驱动放大器42发送至电机驱动模块434，使得电机驱动模块434能够控制该伺服电机的工作。
在一个优选的实施例中，气体流量计2内设置有层流元件(LFE)，层流元件迫使气体分子在整个通道度内均作平行移动，由此形成层流流动，使得压力差与流量成线性关系，测量两端压力差，即可测得体积流量，其中，内设有层流元件(LFE)的气体流量计2为现有技术，具体结构在此不多做赘述。
在一个优选的实施例中，机械驱动装置可以采用带螺纹的刚性绝缘杆，带螺纹的刚性绝缘杆通过卡箍式柔性管接头连接驱动电机3的输出端，带螺纹的刚性绝缘杆采用螺杆传动方式向针阀1施加推压力。
在一个优选的实施例中，束诊元件为可测量束流流强的FC(法拉第桶)仪器。
在一个优选的实施例中，网络接口431可以采用100/1000M以太网接口。
在一个优选的实施例中，通信接口432可以采用RS232或RS485接口。
基于上述离子源束流稳定性控制系统，本发明还提供一种离子源束流稳定性控制方法，包括以下步骤：
1)在ECR离子源6进气口安装气体流量计2，气体流量计2获取ECR离子源6进气口处的气体流量并发送至气体流量获取模块，同时，束诊元件测量ECR离子源6的束流流强。并发送至束流流强获取模块。
2)气体流量获取模块和束流流强获取模块将测得的气体流量值和束流流强值分别绘制时间与数值变化曲线，并发送至数据分析模块433。
3)数据分析模块433根据气体流量曲线和束流流强曲线，得到同一时刻气体流量与束流流强的对应关系，并根据该对应关系，确定PID控制器43的控制参数。
4)在离子源气源储气罐5出气口与ECR离子源6进气口之间的管道上安装针阀1。
5)通过控制界面41在线设置参数，并通过网络接口431发送至数据分析模块。
6)数据分析模块433根据设置的参数和确定的控制参数，得到控制信号。
7)电机驱动模块434根据控制信号通过电机驱动放大器42经驱动电机3控制针阀1的开度，实现对ECR离子源6进气量的自动闭环控制。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，包括针阀、气体流量计、驱动电机、束诊元件和控制系统；
所述针阀和气体流量计依次设置在离子源气源储气罐出气口与ECR离子源进气口之间的管道上，所述针阀通过机械驱动装置连接所述驱动电机的输出端，所述针阀用于控制所述离子源气源储气罐的出气量，所述气体流量计用于采集所述ECR离子源进气口处的气体流量；
所控制系统分别电连接所述气体流量计、驱动电机和束诊元件，所述束诊元件用于测量所述ECR离子源的束流流强。
2.如权利要求1所述的一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，所述控制系统包括控制界面、电机驱动放大器和PID控制器，其中，所述PID控制器内设置有网络接口、通信接口、气体流量获取模块、束流流强获取模块、数据分析模块和电机驱动模块；
所述控制界面用于在线设置参数，并通过所述网络接口发送至所述数据分析模块，其中，所述参数为所述ECR离子源离化气体的进气流量值；
所述气体流量获取模块用于通过所述通信接口获取所述气体流量计采集的气体流量，处理得到气体流量曲线，并发送至所述数据分析模块；
所述束流流强获取模块用于通过所述通信接口获取所述束诊元件测量的束流流强，处理得到束流流强曲线，并发送至所述数据分析模块；
所述数据分析模块用于根据气体流量曲线和束流流强曲线，确定所述PID控制器的控制参数，根据设置的参数和确定的控制参数得到控制信号，并发送至所述电机驱动模块；
所述电机驱动模块用于根据控制信号，通过所述电机驱动放大器控制所述驱动电机的工作，进而控制所述针阀的开度。
3.如权利要求2所述的一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，所述通信接口采用RS232或RS485接口。
4.如权利要求2所述的一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，所述网络接口采用100/1000M以太网接口。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，所述驱动电机采用位置模式的伺服电机。
6.如权利要求1至4任一项所述的一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，所述机械驱动装置采用带螺纹的刚性绝缘杆。
7.如权利要求1至4任一项所述的一种离子源束流稳定性控制系统，其特征在于，所述束诊元件采用可测量束流流强的FC仪器。
8.一种离子源束流稳定性控制方法，其特征在于，包括以下内容：
1)在ECR离子源进气口安装气体流量计，气体流量计获取ECR离子源进气口处的气体流量并发送至控制系统，同时，束诊元件测量ECR离子源的束流流强，并发送至控制系统；
2)控制系统将测得的气体流量值和束流流强值分别绘制时间与数值变化曲线，得到同一时刻气体流量与束流流强的对应关系，并根据该对应关系，确定控制参数；
3)在离子源气源储气罐出气口与ECR离子源进气口之间的管道上安装针阀；
4)控制系统根据预先设定的参数和确定的控制参数，控制驱动电机的工作，进而控制针阀的开度，实现对ECR离子源进气量的自动闭环控制。
9.如权利要求8所述的一种离子源束流稳定性控制方法，其特征在于，所述步骤4)的具体过程为：
通过控制界面在线设置参数，并通过网络接口发送至数据分析模块；
数据分析模块根据设置的参数和确定的控制参数，得到控制信号；
电机驱动模块根据控制信号通过电机驱动放大器经驱动电机控制针阀的开度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111176356A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 中山市博顿光电科技有限公司 离子源恒流控制装置、方法以及离子源系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030127606A1 (en) * 2001-12-10 2003-07-10 Nissin Electric Co., Ltd. Ion implanting apparatus and ion implanting method
CN2867417Y (zh) * 2005-12-05 2007-02-07 北京中科信电子装备有限公司 离子源送气流量控制系统
CN101916607A (zh) * 2010-07-28 2010-12-15 北京大学 一种采用无窗气体靶的小型中子源
CN104750125A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种质量流量控制器的校准方法及装置
CN105406328A (zh) * 2014-09-15 2016-03-16 江苏津荣激光科技有限公司 一种co2激光器智能补气系统及其控制方法
CN107065950A (zh) * 2017-03-28 2017-08-18 清华大学 一种基于质谱仪真空腔内气压变化的控制方法
CN107087338A (zh) * 2017-05-17 2017-08-22 哈尔滨工业大学 一种气体放电型等离子体密度自动调控系统及装置
CN107607609A (zh) * 2017-10-01 2018-01-19 江苏天瑞仪器股份有限公司 一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器
CN108521707A (zh) * 2018-04-19 2018-09-11 哈尔滨工业大学 等离子体密度的两级调控方法及系统
WO2018188804A1 (fr) * 2017-04-13 2018-10-18 The Swatch Group Research And Development Ltd Procede d'implantation d'ions mono- ou multicharges sur une surface d'un objet a traiter et installation pour la mise en oeuvre de ce procede

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030127606A1 (en) * 2001-12-10 2003-07-10 Nissin Electric Co., Ltd. Ion implanting apparatus and ion implanting method
CN2867417Y (zh) * 2005-12-05 2007-02-07 北京中科信电子装备有限公司 离子源送气流量控制系统
CN101916607A (zh) * 2010-07-28 2010-12-15 北京大学 一种采用无窗气体靶的小型中子源
CN104750125A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种质量流量控制器的校准方法及装置
CN105406328A (zh) * 2014-09-15 2016-03-16 江苏津荣激光科技有限公司 一种co2激光器智能补气系统及其控制方法
CN107065950A (zh) * 2017-03-28 2017-08-18 清华大学 一种基于质谱仪真空腔内气压变化的控制方法
WO2018188804A1 (fr) * 2017-04-13 2018-10-18 The Swatch Group Research And Development Ltd Procede d'implantation d'ions mono- ou multicharges sur une surface d'un objet a traiter et installation pour la mise en oeuvre de ce procede
CN107087338A (zh) * 2017-05-17 2017-08-22 哈尔滨工业大学 一种气体放电型等离子体密度自动调控系统及装置
CN107607609A (zh) * 2017-10-01 2018-01-19 江苏天瑞仪器股份有限公司 一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器
CN108521707A (zh) * 2018-04-19 2018-09-11 哈尔滨工业大学 等离子体密度的两级调控方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111176356A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 中山市博顿光电科技有限公司 离子源恒流控制装置、方法以及离子源系统

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