CN110632049A - 一种基于荧光靶和ccd相机组合的束流剖面参数测量装置 - Google Patents

一种基于荧光靶和ccd相机组合的束流剖面参数测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，包括支撑传动装置、荧光靶头组合件、真空密封组件、数据采集组件。传动杆运动的过程中，真空密封组件确保实测中加速器主机真空度不被破坏；CCD相机采集信号线从传动杆内部穿出，可减少加速器主机内部电磁场对信号的干扰。基于辐射发光原理进行测量，测量原理简单及荧光靶头组合件拆装方便，可行性高，操作性强，采用传动式将荧光靶头组合件伸至所测位置可提高参数的测量精度，可以实现0.5mm以内的分辨率。不用在加速器主机内部设计诊断机构，只需要通过传动杆伸至不同位置进行诊断即可，相较于传统的固定式诊断，占地空间更小，满足了加速器束流诊断的设计需求。

Description

一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置
技术领域
本发明涉及束流诊断技术领域，具体涉及一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置。
背景技术
近年来，质子加速器在医疗、食品保鲜、工业、核物理等领域的应用逐步拓展，特别在粒子放疗、药物研制等核医学方面掀起一股研发热潮。由于质子的质量大于电子的质量，因此质子在运行和放疗过程中产生的分散小于电子束，故质子束在保证精准杀死癌症细胞的同时可较大范围的减小正常组织的损伤。为了明确加速器引出的束流参数，给癌症患者提供精准治疗，束流诊断系统作为加速器重要组成部分，在加速器初期调试、后续参数优化及性能改善起到至关重要作用。
荧光靶-CCD相机组合主要是基于辐射发光原理进行诊断。质子轰击荧光屏一方面会产生电离激发，电离产生的电子-离子对在复合时将电子的结合能以电磁辐射的方式发射光子；另一方面，带电离子会激发原子和分子，受激发的原子和分子在回到基态过程中发射光子。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，采用传动式将靶头伸至所测位置可提高参数的测量精度，实现在线式诊断的同时占加速器主机内部空间小，满足测量需求。
本发明所要解决的技术问题为：
A.如何解决因加速器主机内部空间受限无法放置测量装置的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，包括支撑传动装置、荧光靶头组合件、真空密封组件、数据采集组件；
所述支撑传动装置用于驱动荧光靶头组合件往复运动；支撑传动装置包括电缸、导轨、传动杆及支撑部件；
所述电缸的输出端与传动杆固定连接，传动杆与导轨滑动连接，电缸安装在支撑部件上；
所述传动杆为管状结构，且传动杆的内部固定连接有固定杆，所述固定杆的端部固定连接有数据采集模块中的CCD相机，所述传动杆位于CCD相机与荧光靶头组合件之间的内壁固定连接有真空观察窗；
所述真空密封组件安装在传动杆上，用于保证传动杆往复运动的过程中，加速器主机的真空不被破坏；
所述数据采集模块包括CCD相机，用于反馈荧光屏上的发光信息，分析发光的光斑大小获得束流位置信息；
所述荧光靶头组合件固定连接在传动杆远离固定杆的端部，用于拦截束流；
所述荧光靶头组合件包括上支撑架、下支撑架、前基板、后基板、荧光屏；
所述前基板和后基板通过螺钉固定构成夹紧部件，且荧光屏通过前基板与后基板夹紧固定，所述上支撑架与下支撑架固定连接，且夹紧部件固定安装在上支撑架与下支撑架之间。
进一步的，所述真空密封组件包括波纹管和动密封。
进一步的，所述荧光屏采用YAG晶体作为屏材料，且荧光屏的厚度为1mm，直径为25mm，荧光屏相对传动杆的端面倾斜45°放置，且荧光屏垂直于上支撑架和下支撑架。
进一步的，所述前基板和后基板均采用无氧铜作为基板材料，且厚度均在3-5mm之间，所述前基板和后基板均为半包裹式结构，后基板上开设有定位槽，所述荧光屏固定插接在定位槽内，所述定位槽预留有1mm的安装间隙，且安装间隙贴有聚酰亚胺胶带。
进一步的，所述上支撑架和下支撑架均由SUS316不锈钢制成，上支撑架上开设有匹配前基板与后基板的插孔，下支撑架开设有与插孔平行且匹配前基板与后基板的插槽。
进一步的，所述真空观察窗采用O型圈进行真空密封。
进一步的，所述传动机构中电缸采用控制方式为在线实时式或点动式中的任意一种。
进一步的，所述CCD相机的采集信号线从固定杆的内部穿出。
进一步的，所述荧光靶头组合件与传动杆螺纹连接。
本发明的有益效果：
传动杆运动的过程中，真空密封组件确保实测中加速器主机真空度不被破坏；CCD相机采集信号线从传动杆内部穿出，可减少加速器主机内部电磁场对信号的干扰。
本发明基于辐射发光原理进行测量，测量原理简单及荧光靶头组合件拆装方便，可行性高，操作性强，采用传动式将荧光靶头组合件伸至所测位置可提高参数的测量精度，可以实现0.5mm以内的分辨率。
与传统的荧光靶头诊断方式相比，解决了因加速器主机内部空间受限而无法放置束流诊断部件的问题，即不用在加速器主机内部设计诊断机构，只需要通过传动杆伸至不同位置进行诊断即可，相较于传统的固定式诊断，占地空间更小，满足了加速器束流诊断的设计需求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的CCD相机及真空观察窗放置位置示意图；
图3是本发明的荧光靶头组合件总装图。
图中：支撑部件1、电缸2、导轨3、动密封4、波纹管5、传动杆6、荧光靶头组合件7、固定杆8、CCD相机9、真空观察窗10、上支撑架11、下支撑架12、前基板13、后基板14、荧光屏15、定位槽16、插槽17。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。
请参阅图1-3所示，本实施例提供了一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，包括支撑传动装置、荧光靶头组合件7、真空密封组件、数据采集组件；
所述支撑传动装置用于驱动荧光靶头组合件7往复运动；支撑传动装置包括电缸2、导轨3、传动杆6及支撑部件1；
所述电缸2的输出端与传动杆6固定连接，传动杆6与导轨3滑动连接，电缸2安装在支撑部件1上；
所述传动杆6为管状结构，且传动杆6的内部固定连接有固定杆8，所述固定杆8的端部固定连接有数据采集模块中的CCD相机9，所述传动杆6位于CCD相机9与荧光靶头组合件7之间的内壁固定连接有真空观察窗10；
所述真空密封组件安装在传动杆6上，用于保证传动杆6往复运动的过程中，加速器主机的真空不被破坏；
所述数据采集模块包括CCD相机9，用于反馈荧光屏15上的发光信息，分析发光的光斑大小获得束流位置信息；
所述荧光靶头组合件7固定连接在传动杆6远离固定杆8的端部，用于拦截束流；
所述荧光靶头组合件7包括上支撑架11、下支撑架12、前基板13、后基板14、荧光屏15；
所述前基板13和后基板14通过螺钉固定构成夹紧部件，且荧光屏15通过前基板13与后基板14夹紧固定，所述上支撑架11与下支撑架12固定连接，且夹紧部件固定安装在上支撑架11与下支撑架12之间。
所述真空密封组件包括波纹管5和动密封4。
所述荧光屏15采用YAG晶体作为屏材料，且荧光屏15的厚度为1mm，直径为25mm，荧光屏15相对传动杆6的端面倾斜45°放置，且荧光屏15垂直于上支撑架11和下支撑架12。
所述前基板13和后基板14均采用无氧铜作为基板材料，且厚度均在3-5mm之间，所述前基板13和后基板14均为半包裹式结构，后基板14上开设有定位槽16，所述荧光屏15固定插接在定位槽16内，所述定位槽16预留有1mm的安装间隙，且安装间隙贴有聚酰亚胺胶带。
所述上支撑架11和下支撑架12均由SUS316不锈钢制成，上支撑架11上开设有匹配前基板13与后基板14的插孔，下支撑架12开设有与插孔平行且匹配前基板13与后基板14的插槽17。
所述真空观察窗10采用O型圈进行真空密封。
所述传动机构中电缸2采用控制方式为在线实时式或点动式中的任意一种。
所述CCD相机9的采集信号线从固定杆8的内部穿出。
所述荧光靶头组合件7与传动杆6螺纹连接。
本实施例的具体工作过程如下：
电缸2推动传动杆6沿、导轨3点动或是联动的方式进行运动，将荧光靶头组合件7伸至加速器主机内所需测量位置，束流在加速回旋过程中垂直轰击荧光屏15，通过真空观察窗10及CCD相机9观测捕捉屏上的发光信息，通过对所获光斑分析处理可获得束流剖面信息，并间接可得束流的位置信息。
传动杆6运动的过程中，真空密封组件确保实测中主机真空度不被破坏；CCD相机9采集信号线从传动杆6内部穿出，可减少主机内部电磁场对信号的干扰。
本发明基于辐射发光原理进行测量，测量原理简单及荧光靶头组合件7拆装方便，可行性高，操作性强，采用传动式将荧光靶头组合件7伸至所测位置可提高参数的测量精度，可以实现0.5mm以内的分辨率。
与传统的荧光靶头诊断方式相比，解决了因加速器主机内部空间受限而无法放置束流诊断部件的问题，即不用在加速器主机内部设计诊断机构，只需要通过传动杆6伸至不同位置进行诊断即可，相较于传统的固定式诊断，占地空间更小，满足了加速器束流诊断的设计需求。
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。

Claims (9)

1.一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，包括支撑传动装置、荧光靶头组合件(7)、真空密封组件、数据采集组件；
所述支撑传动装置用于驱动荧光靶头组合件(7)往复运动；支撑传动装置包括电缸(2)、导轨(3)、传动杆(6)及支撑部件(1)；
所述电缸(2)的输出端与传动杆(6)固定连接，传动杆(6)与导轨(3)滑动连接，电缸(2)安装在支撑部件(1)上；
所述传动杆(6)为管状结构，且传动杆(6)的内部固定连接有固定杆(8)，所述固定杆(8)的端部固定连接有数据采集模块中的CCD相机(9)，所述传动杆(6)位于CCD相机(9)与荧光靶头组合件(7)之间的内壁固定连接有真空观察窗(10)；
所述真空密封组件安装在传动杆(6)上，用于保证传动杆(6)往复运动的过程中，加速器主机的真空不被破坏；
所述数据采集模块包括CCD相机(9)，用于反馈荧光屏(15)上的发光信息，分析发光的光斑大小获得束流位置信息；
所述荧光靶头组合件(7)固定连接在传动杆(6)远离固定杆(8)的端部，用于拦截束流；
所述荧光靶头组合件(7)包括上支撑架(11)、下支撑架(12)、前基板(13)、后基板(14)、荧光屏(15)；
所述前基板(13)和后基板(14)通过螺钉固定构成夹紧部件，且荧光屏(15)通过前基板(13)与后基板(14)夹紧固定，所述上支撑架(11)与下支撑架(12)固定连接，且夹紧部件固定安装在上支撑架(11)与下支撑架(12)之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述真空密封组件包括波纹管(5)和动密封(4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述荧光屏(15)采用YAG晶体作为屏材料，且荧光屏(15)的厚度为1mm，直径为25mm，荧光屏(15)相对传动杆(6)的端面倾斜45°放置，且荧光屏(15)垂直于上支撑架(11)和下支撑架(12)。
4.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述前基板(13)和后基板(14)均采用无氧铜作为基板材料，且厚度均在3-5mm之间，所述前基板(13)和后基板(14)均为半包裹式结构，后基板(14)上开设有定位槽(16)，所述荧光屏(15)固定插接在定位槽(16)内，所述定位槽(16)预留有1mm的安装间隙，且安装间隙贴有聚酰亚胺胶带。
5.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述上支撑架(11)和下支撑架(12)均由SUS316不锈钢制成，上支撑架(11)上开设有匹配前基板(13)与后基板(14)的插孔，下支撑架(12)开设有与插孔平行且匹配前基板(13)与后基板(14)的插槽(17)。
6.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述真空观察窗(10)采用O型圈进行真空密封。
7.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述传动机构中电缸(2)采用控制方式为在线实时式或点动式中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述CCD相机(9)的采集信号线从固定杆(8)的内部穿出。
9.根据权利要求1所述的一种基于荧光靶和CCD相机组合的束流剖面参数测量装置，其特征在于，所述荧光靶头组合件(7)与传动杆(6)螺纹连接。
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