CN114384388A - 串级二极管电压测量装置和方法及其分压测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种串级二极管的电压测量装置及方法、分压测量装置及方法；解决现有技术中存在的由于阴阳极间隙狭小、传统测量手段无法工作的问题；本发明串级二极管的电压测量装置包括第一准直单元、第二准直单元、信息处理单元以及供电单元；第一准直单元、第二准直单元沿着串级二极管出射的X射线依次设置；第二准直单元包括柱状体，柱状体上设置有多个准直通道；每个准直通道内沿X射线的传输方向依次设置有吸收片以及探测器；且每个准直通道内的吸收片厚度不同；所有探测器均与信息处理单元电连接；所述供电单元用于向探测器供电；本发明串级二极管的分压测量装置，为将第一准直单元替换为第三准直单元。
Description
技术领域
本发明涉及串级二极管分压测量，具体涉及串级二极管电压测量装置和方法及其分压测量装置和方法。
背景技术
串级二极管第一级由阴极和悬浮电极组成，悬浮电极即作为第一级的阳极又作为第二级二极管的阴极，依次串联至接地阳极。阴极发射的电子束分别打靶，产生的X射线在空间叠加，形成大面积均匀的辐射场，串级二极管各级串联分压，有效降低了打靶电子能量，是“闪光二号”加速器获得高强度大面积均匀脉冲X射线的核心部件。
二极管的两级分压比是其重要技术参数，是判定串级二极管是否正常工作的重要标准，阴极和悬浮电极、悬浮电极和阳极之间的间隙均为5～7mm，在空间如此狭小的条件下，传统的电压测量装置，如电容分压器、电阻分压器等无法工作。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的由于阴阳极间隙狭小、传统测量手段无法工作的问题，而提供串级二极管电压测量装置和方法及其分压测量装置和方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种串级二极管的电压测量装置，其特殊之处在于：
包括第一准直单元、第二准直单元、信息处理单元以及供电单元；
第一准直单元、第二准直单元沿着串级二极管出射的X射线依次设置；
第一准直单元用于对串级二极管的阳极以及悬浮电极发出的X射线进行准直；
第二准直单元包括柱状体，柱状体上设置有多个准直通道；
每个准直通道内沿X射线的传输方向依次设置有吸收片以及探测器,且每个准直通道内的吸收片厚度不同；
所有探测器均与信息处理单元电连接；
所述供电单元用于向探测器供电。
进一步地，所述第一准直单元开设圆形准直孔。
进一步地，所述柱状体的准直通道为六个，吸收片四片选用铅制作，铅的厚度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，两片选用铜制作，铜的厚度分别为15mm和20mm。
本发明还提出了一种串级二极管的电压测量方法，其特殊之处在于：采用如权利要求1所述的串级二极管的电压测量装置，其具体实现步骤如下：
1)串级二极管发射出X射线，准直后射入到第二准直单元；
2)X射线经过衰减后射向探测器，探测器将得到的X射线的强度信息传输到信息处理单元；
3)信息处理单元进行信息处理
将同一时间的任意两个准直通道内探测到的强度信息Di和Dj，带入到强度D和电压U的二次方程关系中：logD＝a(logU)2+b(logU)+c，求解总电压U；其中,a、b、c为两个通道相应的拟合系数值。
本发明还提供了一种串级二极管分压测量装置，其特殊之处在于：
包括第三准直单元、第二准直单元、信息处理单元以及供电单元；
第三准直单元、第二准直单元沿着串级二极管出射的X射线依次设置；
第三准直单元只用于对悬浮电极发出的X射线进行准直；
第二准直单元包括柱状体，柱状体上设置有多个准直通道；
每个准直通道内沿X射线的传输方向依次设置有吸收片以及探测器；
且每个准直通道内的吸收片厚度不同；
所有探测器均与信息处理单元电连接；
所述供电单元用于向探测器供电。
进一步地，所述第三准直单元开设锥形准直孔，锥形准直孔的小径段朝向串级二极管。
进一步地，所述柱状体的准直通道为六个，吸收片四片选用铅制作，铅的厚度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，两片选用铜制作，铜的厚度分别为15mm和20mm。
本发明还提出了一种串级二极管分压测量方法，其特殊之处在于：
采用如权利要求5所述的一种串级二极管的分压测量装置，其具体实现步骤如下：
1)串级二极管发射出X射线，只对悬浮电极发射出的X射线准直后射入到第二准直单元；
2)X射线经过衰减后射向探测器，探测器将得到的X射线的强度信息传输到信息处理单元；
3)信息处理单元进行信息处理
将同一时间的任意两个准直通道内探测到的强度信息D1i和D1j，带入到强度D和电压U的二次方程关系中：logD＝a(logU)2+b(logU)+c，求解分压电压U1；其中,a、b、c为两个通道相应的拟合系数值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在串级二极管阴阳极间隙狭小、传统测量手段无法工作的条件下，利用串级二极管出射的射线强度，结合射线强度和能量之间的关系，可以反推出串级二极管电压，创新显著，且具有极强的测量针对性。
2、本发明根据悬浮电极出射的射线强度，结合射线强度和能量之间的关系，反推出了串级二极管的分压，得出串级二极管的峰值分压比。
3、本发明公布的电压测量装置体积小，并配合便捷高效的数据采集系统和计算软件，不影响内部场强分布，达到了操作简单、针对性强、便携程度高等有益效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的系统原理示意图；
图2是本发明实施例2的系统原理示意图；
图3本发明实施例在实验中测得的分压结果。
图中，1、串级二极管；11、阴极；12、悬浮电极；13、阳极；2、第一准直单元；3、柱状体；4、吸收片；5、探测器；6、信息处理单元；7、供电单元；8、第三准直单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种串级二极管的电压测量装置及方法、分压测量装置及方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明一种串级二极管的电压测量装置，如图1所示，沿串级二极管1的X射线出射方向依次设置开设有圆形准直孔的第一准直单元2与第二准直单元，第二准直单元包括柱状体3，柱状体3上设置有六个准直通道；每个准直通道内沿X射线的传输方向依次设置有吸收片4以及探测器5，每个准直通道内的吸收片4厚度不同，其中四片选用铅制作，铅的厚度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，两片选用铜制作，铜的厚度分别为15mm和20mm；供电单元7用于向探测器5供电，所有探测器5均与信息处理单元6电连接；
六个吸收片4的接受端面处于同一水平面；
探测器5的尾部均有两个数据接口，一个用于与供电单元7连接，产生外加电场，使入射光子激发的电子-空穴对向探测器5的两级漂移，产生输出信号，另一个用于与信息处理单元6连接，传递信息。
信息处理单元6包括与探测器5电连接的信号传输系统，信号传输系统将采集到的信号信息输入到数据采集系统进行处理。
第一准直单元2与柱状体3均采用铅材料制作，第一准直单元2的外部直径220mm，内径为170mm；柱状体3外部直径220mm，高100mm，孔径29mm，呈正六角形分布；
探测器5为电流型Si-PIN探测器5，其灵敏直径为10mm，灵敏厚度为500μm，外径29mm。
供电单元7为直流电源，输出为直流300V；信号传输系统包括电缆座、BNC型电缆头、同轴电缆以及数据转接口；数据采集系统包括数据接口、上位机以及处理软件；处理软件为Maltab程序编写而成，用于数据的处理和电压的求解。
本发明还提出了一种串级二极管的电压测量方法，其特征在于：
采用如权利要求1所述的一种串级二极管的电压测量装置，其具体实现步骤如下：
1)串级二极管1发射出X射线，准直后射入到第二准直单元；
2)X射线经过衰减后射向探测器5，探测器5将得到的X射线的强度信息传输到信息处理单元6；
3)信息处理单元6进行信息处理
采集到的射线信息通过数值建模可以计算得到不同能量的X射线被探测器5测得的理论信号强度，在对数坐标下，其信号强度D和总电压U在同一时间点下存在二次方程关系：
logD＝a(logU)2+b(logU)+c
D用探测器5波形的有效段积分表示，选取同一时间任意两个通道测得的信号强度Di和Dj，这两个通道相应的拟合系数值分别为ai、bi、ci和aj、bj、cj，将任意两个方程联立相减可以得到在这一时间点下的总电压U(除去非物理)；
为了保证总电压U的准确性，将同一时间的所有准直孔通道计算得到的数值相加取平均值，并记录求得的数据。
实施例2
如图2所示，实施例2与实施例1的区别点在于：将实施例1中第一准直单元2开设的圆形准直孔改为开设锥形准直孔，锥形准直孔的小径段朝向串级二极管1，锥形准直孔小径50mm，大径170mm。
本发明还提出了一种串级二极管分压测量方法，其特征在于：采用如权利要求5所述的一种串级二极管的分压测量装置，其具体实现步骤如下：
1)串级二极管1发射出X射线，只对悬浮电极12发射出的X射线准直后射入到第二准直单元；
2)X射线经过衰减后射向探测器5，探测器5将得到的X射线的强度信息传输到信息处理单元6；
3)信息处理单元6进行信息处理
采集到的射线信息通过数值建模可以计算得到不同能量的X射线被探测器5测得的理论信号强度，在对数坐标下，其信号强度D1和分压电压U1在同一时间点下存在二次方程关系：
logD1＝a(logU1)2+b(logU1)+c
D1用探测器5波形的有效段积分表示，假设D1i和D1j是对应于不同吸收片4厚度的2个通道的探测器5信号强度，相应的拟合系数值分别为a1i、b1i、c1i和a1j、b1j、c1j，将任意两个方程联立相减可以得到在某一时间点下的分压电压U1(除去非物理解)；
为了保证分压电压U1的准确性，将同一时间的所有准直孔通道计算得到的数值相加取平均值，并记录求得的数据。
上述两个实施例的工作原理如下：
不同能量的电子打到高原子序数转换靶上，产生轫致辐射X射线，射线穿过不同厚度的吸收片4后会有不同的程度的衰减，衰减后的X射线入射到探测器5上，其强度经过信号处理单元6记录下来。通过数值建模可以计算得到不同能量(对应于二极管电压)的X射线经过不同厚度的吸收片4后在探测器5上的理论信号强度，经过拟合发现，射线的能量和信号的强度呈二次方程关系，实验得出射线的强度，通过求解二次方程反推出二极管电压。
如图3所示，记录在一定时间区间内测量得到的U和U1，在计算二极管的分压比时，选取同一时间下的U和U1，通过公式(U-U1)/U1计算分压比；最优为选取任一时间区间内且同一时间下的U和U1的峰值计算分压比；
若计算出来的峰值分压比若在合理区间内，则表明串级二极管1结构设计合理，间隙设置使串级二极管1分压较为一致，工作状态正常。
Claims (8)
1.一种串级二极管的电压测量装置，其特征在于：
包括第一准直单元(2)、第二准直单元、信息处理单元(6)以及供电单元(7)；
第一准直单元(2)、第二准直单元沿着串级二极管(1)出射的X射线依次设置；
第一准直单元(2)用于对串级二极管(1)的阳极(13)以及悬浮电极(12)发出的X射线进行准直；
第二准直单元包括柱状体(3)，柱状体(3)上设置有多个准直通道；
每个准直通道内沿X射线的传输方向依次设置有吸收片(4)以及探测器(5),且每个准直通道内的吸收片(4)厚度不同；
所有探测器(5)均与信息处理单元(6)电连接；
所述供电单元(7)用于向探测器(5)供电。
2.根据权利要求1所述的一种串级二极管的电压测量装置，其特征在于：
所述第一准直单元(2)开设圆形准直孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种串级二极管的电压测量装置，其特征在于：所述柱状体(3)的准直通道为六个，吸收片(4)四片选用铅制作，铅的厚度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，两片选用铜制作，铜的厚度分别为15mm和20mm。
4.一种串级二极管的电压测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的串级二极管的电压测量装置，其具体实现步骤如下：
1)串级二极管(1)发射出X射线，准直后射入到第二准直单元；
2)X射线经过衰减后射向探测器(5)，探测器(5)将得到的X射线的强度信息传输到信息处理单元(6)；
3)信息处理单元(6)进行信息处理
将同一时间的任意两个准直通道内探测到的强度信息Di和Dj，带入到强度D和电压U的二次方程关系中：logD＝a(logU)2+b(logU)+c，求解总电压U；其中,a、b、c为两个通道相应的拟合系数值。
5.一种串级二极管分压测量装置，其特征在于：
包括第三准直单元(8)、第二准直单元、信息处理单元(6)以及供电单元(7)；
第三准直单元(8)、第二准直单元沿着串级二极管(1)出射的X射线依次设置；
第三准直单元(8)只用于对悬浮电极(12)发出的X射线进行准直；
第二准直单元包括柱状体(3)，柱状体(3)上设置有多个准直通道；
每个准直通道内沿X射线的传输方向依次设置有吸收片(4)以及探测器(5)；
且每个准直通道内的吸收片(4)厚度不同；
所有探测器(5)均与信息处理单元(6)电连接；
所述供电单元(7)用于向探测器(5)供电。
6.根据权利要求5所述的一种串级二极管分压测量装置，其特征在于：
所述第三准直单元(8)开设锥形准直孔，锥形准直孔的小径段朝向串级二极管(1)。
7.根据权利要求5或6所述的一种串级二极管分压测量装置，其特征在于：所述柱状体(3)的准直通道为六个，吸收片(4)四片选用铅制作，铅的厚度分别为1mm、2mm、3mm、4mm，两片选用铜制作，铜的厚度分别为15mm和20mm。
8.一种串级二极管分压测量方法，其特征在于：采用如权利要求5所述的一种串级二极管的分压测量装置，其具体实现步骤如下：
1)串级二极管(1)发射出X射线，只对悬浮电极(12)发射出的X射线准直后射入到第二准直单元；
2)X射线经过衰减后射向探测器(5)，探测器(5)将得到的X射线的强度信息传输到信息处理单元(6)；
3)信息处理单元(6)进行信息处理
将同一时间的任意两个准直通道内探测到的强度信息D1i和D1j，带入到强度D和电压U的二次方程关系：logD＝a(logU)2+b(logU)+c，求解分压电压U1；其中,a、b、c为两个通道相应的拟合系数值。
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