CN115568084B - 一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质 - Google Patents
一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115568084B CN115568084B CN202211462649.6A CN202211462649A CN115568084B CN 115568084 B CN115568084 B CN 115568084B CN 202211462649 A CN202211462649 A CN 202211462649A CN 115568084 B CN115568084 B CN 115568084B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- curve
- module
- magnet
- flexible coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
- H05H13/04—Synchrotrons
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
本发明涉及一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质,包括:柔性线圈模块,用于将加速器中磁铁的磁场变化速率转换为电压信号;磁场标定模块,用于产生触发信号,并传输至数据采集模块;数据采集模块,用于获得柔性线圈模块的电压信号、磁场标定模块的触发信号和加速周期起始信号,计算触发信号的到达时间和加速周期起始的时间;数据处理模块,用于根据数据采集模块传输至的电压信号,触发信号的到达时间和加速周期起始的时间获得实际磁场曲线;电源波形补偿模块,用于将实际磁场曲线和理论磁场曲线进行比较,根据两者差值对预设电流曲线进行修正。其缩小了探测线圈体积,满足了快循环同步加速器磁场动态效应补偿响应速度需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质,属于加速器技术领域,尤其涉及加速器中磁场补偿领域。
背景技术
加速器是用人工方法产生高速粒子束流的装置,是研究微观世界运行规律,探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具,也是研发关乎经济社会发展和国家安全的先进核技术的平台。同步加速器由于相对较小的加速器规模和造价,成为中高能束流以及对撞机的最佳选择,获得了广泛的应用。同步加速器是一种环形加速器装置,利用沿环分布的磁铁元件将束流约束在环形轨道上,利用环形轨道上的高频电场对电子或离子进行加速,由于随着束流能量的增加,束流回旋频率越高,所需的高频电场频率也越高;与此同时束流的动量也越大,所需的磁场场强也越高。为了避免束流损失,同步加速器要求加速过程中轨道不变,因此束流能量、高频电压和频率曲线、磁场场强必须同步变化。
为了保证束流轨道稳定性和束流品质,同步加速器运行过程中需要高精度磁场。由于目前绝对磁场测量元件的精度和速度无法满足加速器控制需求,同步加速器磁铁的磁场进行反馈控制,同步加速器通常采用数字电源对磁铁施加可控电流,进而实现对磁场的间接控制。但是常温同步加速器使用的磁铁通常是使用硅钢片叠压成铁芯、用线圈通电励磁的电磁铁。由于硅钢材料特殊的磁性参数,磁场和励磁电流不是简单的一一对应关系,而是受到磁滞、涡流、温漂、磁铁老化等多种因素的影响,这样导致很难获得准确的磁场。世界很多实验室对磁滞和涡流的影响进行过理论和实验研究,由于磁化过程以及涡流效应过于复杂,至今都没有成熟的磁场校正理论。
同步加速器磁场动态效应对束流的注入、加速以及引出都有严重的影响。在注入阶段,磁场动态效应可以引起注入平台磁场不稳定,束流注入轨道偏差,从而引起注入效率的降低,磁场动态效应中涡流的影响通常在百毫秒到秒量级,对于短注入平台的快循环加速器,甚至会引起注入失败;在加速阶段,磁场偏差导致磁场和高频无法同步,导致束流轨道发生的畸变,可能超过真空管道孔径引起束流损失;在引出阶段,磁场偏差不仅影响同步加速器引出束流能量精度,而且会引起束流轨道不稳定,造成引出效率下降,对于慢引出束流,由于引出平台上磁场的漂移,会导致引出束流角度的晃动,束流传输至终端时束斑位置晃动,对束流定位造成严重影响。
为了对同步加速器磁场进行精确控制,欧洲核子中心(CERN)开发了B-train系统。该系统通过NMR(核磁共振)或者FMR(铁磁共振)获得起始绝对磁场,利用积分线圈获得加速过程中的相对磁场变化,两者相加即得到实时磁场。比较实时磁场和理论磁场,将磁场改变量以高频脉冲的形式发送给电源、高频、束诊等系统,成功的将加速器磁场误差降低至1Gs,满足了CERN加速器运行需求。但是该系统存在以下问题:1、线圈体积庞大,无法安装于在线磁铁中,因此在同步加速器隧道外单独安装了一台参考磁铁用于磁场的测量,参考铁不参与束流运行增加了加速器造价,而且参考铁是间接测量,无法消除不同磁铁间参数离散的影响;2、该系统不适合于快循环加速器,磁场的获得、比较、误差脉冲的发送和接收、电源系统的处理和响应、磁铁电流调整都需要时间,至少需要毫秒量级,快循环同步加速器磁场上升速度很快,毫秒级的延时将可能产生百Gs级的磁场误差,远远超过束流可以容忍的范围。3、系统过于复杂,B-train系统是以高频脉冲为载体将磁场改变量信息分发给相关硬件系统,不仅需要发送端将磁场误差进行处理和编码,而且各硬件系统也需要增加相应的高频脉冲接收、解码、硬件响应等一系列功能,大幅提升了系统复杂程度和开发难度。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质,该发明不仅大幅缩小了探测线圈的体积,而且更好的满足了快循环同步加速器磁场动态效应补偿响应速度需求,而且磁场反馈系统和相关的电源、高频等系统复杂程度大幅降低。
为实现上述目的,本发明提出了以下技术方案:一种在线式磁场动态效应补偿系统,包括:柔性线圈模块、磁场标定模块、数据采集模块、数据处理模块和电源波形补偿模块;
柔性线圈模块,其通过电磁感应原理将加速器中磁铁的磁场变化速率转换为电压信号,该柔性线圈放置于磁铁内真空管道和真空室之间;
磁场标定模块,用于监测磁场,并在磁场达到设定值时产生触发信号,并传输至数据采集模块;
数据采集模块,用于获得柔性线圈模块的电压信号、磁场标定模块的触发信号和加速周期起始信号,计算触发信号的到达时间和加速周期起始的时间;
数据处理模块,用于根据数据采集模块传输至的电压信号,触发信号的到达时间和加速周期起始的时间获得实际磁场曲线;
电源波形补偿模块,用于将实际磁场曲线和目标磁场曲线进行比较,根据两者之间的差值对磁铁电源的预设电流曲线进行修正,将修正后的电流曲线发送至磁铁电源。
进一步,柔性线圈模块为柔性线圈阵列,柔性线圈阵列包括若干柔性线圈,每个柔性线圈为单面或双面柔性印刷电路板。
进一步,每个柔性线圈模块将测量得到柔性线圈位置处的电压信号积分后得到积分磁场,通过各个柔性线圈采集的不同位置的积分磁场获得磁铁的积分场均匀度,将积分场均匀度泰勒展开获得动态磁场的高阶量,高阶量用于同步加速器共振校正;选择一组或多组柔性线圈的高阶量进行加权平均,得到积分磁场,积分磁场用于动态磁场补偿。
进一步,对于二极磁铁,柔性线圈的中心线为弧形,其曲率半径等于参考束流的弯转半径,对于四极磁铁和六极磁铁,柔性线圈的中心线为直线,直线与磁铁中心线平行。
进一步,磁场标定模块为霍尔传感器或核磁共振传感器。
进一步,数据采集模块,用于与上位机进行网络通信,将上位机的控制信息输入FPGA,并将FPGA采集到的数据传输至上位机,FPGA对柔性线圈模块的电压信号、磁场标定模块的触发信号时间和数据采集模块的加速周期起始的时间进行采集。
进一步,柔性线圈模块的电压信号依次通过滤波器、放大器和模拟数字转换器后进入FPGA,触发信号时间经过滤波和整形后进入FPGA;加速周期起始的信号通过滤波和整形后进入FPGA。
本发明还公开了一种在线式磁场动态效应补偿方法,采用上述任一项的在线式磁场动态效应补偿系统,包括以下步骤:将磁铁目标磁场曲线与实际采集的磁场曲线进行求差运算,得到误差磁场曲线;判断误差磁场曲线是否满足精度要求,若是则结束;若否则进入下一步;根据误差磁场曲线和磁铁实测静态电流-积分磁场曲线的差值得到误差电流曲线;根据误差电流曲线,按照预设比重对当前电流曲线进行修正;将修正后的电流曲线发送至磁铁电源,并对磁场曲线进行测量,重复上述步骤,直至误差磁场曲线满足精度要求。
进一步,所述预设比重为:将补偿比重设置为0.01-1以内的固定值,或设置为按照预先设定规律下降的曲线,使系统快速收敛,又能获得较高的补偿精度。
本发明公开了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行以实现上述在线式磁场动态效应补偿方法。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
1、本发明中系统探头尺寸小,磁场探测线圈采用柔性印刷电路板,厚度仅0.1mm,可以满足所有同步加速器安装需求。
2、本发明中方案精度更高,其通过高精度印刷电路板线圈、16-24位数据采集系统、逐次迭代控制方法,对磁场曲线的校正精度可以达到1×10-4以下,满足同步加速器控制需求。
3、本发明中方案适用范围广,其可以对任意同步加速器磁场曲线进行反馈,无论是变谐波平台、快引出、慢引出、还是单周期主动变能、磁场不降零的快循环模式都可以进行补偿。
附图说明
图1是本发明一实施例中柔性线圈正面走线分布图;
图2是本发明一实施例中柔性线圈反面走线分布图;
图3是本发明一实施例中柔性线圈正面线圈单元的走线分布图;
图4是本发明一实施例中柔性线圈反面线圈单元的走线分布图;
图5是本发明一实施例中数据采集模块的结构示意图;
图6是本发明一实施例中在线式磁场动态效应补偿方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案,通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解,具体实施方式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。在本发明的描述中,需要理解的是,所用到的术语仅仅是用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
影响磁铁和励磁电流对应关系的原因主要是:1、磁滞,铁磁性物理材料在磁化和去磁过程中,铁磁质的磁化强度不仅依赖于外磁场强度,还依赖于原先磁化强度的现象,磁场和励磁电流之间的关系是时变非线性的;2、涡流,同步加速器加速过程中磁场不断上升,由于电磁感应效应在磁铁的硅钢片内和端板处感应出涡电流,涡电流产生干扰磁场,对离子运动产生影响,对于快上升速率的加速器,涡流磁场相对于主磁场的占比相当可观;3、温漂,磁铁有热胀冷缩效应,常温下硅钢片热膨胀系数约为1.2×10-5/K,在不同的季节磁铁温度可能从10-40℃变化,引起磁铁气隙的减小或增加,相同励磁电流下磁场也有较大差别;4、磁铁老化,磁铁存在老化现象,主要表现在硅钢片磁性参数、硅钢片间绝缘强度、磁铁形变等,会使得磁铁的磁场-电流曲线随时间缓慢变化。以上这些因素中,以磁滞和涡流的影响最大。
为了解决上述问题,本发明公开一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质,该系统通过对当前周期内磁场曲线进行探测,对下一个周期的磁铁电源电流曲线进行校正,逐次迭代,实现快上升磁铁磁场的高精度补偿。该系统最突出的优点有三个:1、探头尺寸小,磁场探测线圈采用柔性印刷电路板,厚度仅0.1mm,可以满足所有同步加速器安装需求;2、高精度,该系统通过高精度印刷电路板线圈、16-24位数据采集系统、逐次迭代控制方法,对磁场曲线的校正精度可以达到1×10-4以下,满足同步加速器控制需求;3、适用范围广,该系统可以对任意同步加速器磁场曲线进行反馈,无论是变谐波平台、快引出、慢引出、还是单周期主动变能、磁场不降零的快循环模式都可以进行补偿。下面结合附图,通过实施例对本发明方案进行详细阐述。
实施例一:
本实施例公开了一种在线式磁场动态效应补偿系统,包括:柔性线圈模块、磁场标定模块、数据采集模块、数据处理模块和电源波形补偿模块;
柔性线圈模块,其通过电磁感应原理将加速器中磁铁的磁场变化速率转换为电压信号,该柔性线圈放置于磁铁内真空管道和真空室之间;
磁场标定模块,用于监测磁场,并在磁场达到设定值时产生触发信号,并传输至数据采集模块;磁场标定模块包括霍尔传感器或核磁共振传感器;
数据采集模块,用于获得柔性线圈模块的电压信号、磁场标定模块的触发信号和加速周期起始信号,计算触发信号的到达时间和加速周期起始的时间;
数据处理模块,用于根据数据采集模块传输至的电压信号,触发信号的到达时间和加速周期起始的时间获得实际磁场曲线;本实施例中,数据处理模块可以为16位及以上的高精度数据采集电子学。
电源波形补偿模块,用于将实际磁场曲线和目标磁场曲线进行比较,根据两者之间的差值对磁铁电源的预设电流曲线进行修正,将修正后的电流曲线发送至磁铁电源。
图1和图2分别为二极磁铁中柔性线圈正面和反面的走线分布图,本实施例中柔性线圈模块为柔性线圈阵列,柔性线圈阵列包括若干柔性线圈,图1和图2中每个柔性线圈阵列包括九个柔性线圈,但柔性线圈的数量可以根据实际需求确定,不以此为限。由于磁铁气隙直接影响了磁铁和电源造价,同步加速器磁铁气隙内除了必要的真空室、重离子同步加速器的烘烤套之外,仅保留1-2mm的安装裕量。为了可以将磁场测量线圈放置于磁铁内,需要尽可能压缩线圈厚度,故每个柔性线圈为超薄柔性印刷电路板,例如,印刷电路板的基底采用聚酰亚胺基底,或采用玻纤基底,当采用聚酰亚胺基底时,超薄柔性印刷电路板的厚度仅为0.1mm,当采用玻纤基底时,超薄柔性印刷电路板的厚度仅为0.3mm。使用印刷电路板的另外一个原因是印刷电路板可以采用激光照排的方式生产,不仅可以使线圈宽度、匝数、形状等参数任意可调,而且线圈横向定位精度可以达到0.1mm以下,满足同步加速器磁场测量需求。本实施例中将线圈设置为双面可以减少线圈横向占用面积,但线圈也可以是单面的,也可以选择其它材料,不以本实施例中公开的内容为限。
图3和图4是本实施例中柔性线圈正面和反面线圈单元的走线分布图,其中1-1和2-1分别为柔性线圈的正面和背面的引出点,1-2和2-2分别为柔性线圈的正面和背面的电连接点,通过通孔工艺实现,1-3是柔性线圈导线,1-4是柔性线圈单元中心线,柔性线圈单元中心线和束流参考轨道平行。每个柔性线圈模块将测量得到柔性线圈位置处的电压信号积分后得到积分磁场,通过各个柔性线圈采集的不同位置的积分磁场获得磁铁的积分场均匀度,将积分场均匀度泰勒展开获得动态磁场的高阶量,高阶量用于同步加速器共振校正;选择一组或多组柔性线圈的高阶量进行加权平均,得到积分磁场,积分磁场用于动态磁场补偿。
其中,柔性线圈不同位置处的积分磁场获取方法为:数据处理模块将数据采集模块传输至的电压信号进行积分处理,可以得到相应的积分磁场。
对于二极磁铁,柔性线圈中心线为弧形,其曲率半径等于参考束流的弯转半径,对于四极磁铁和六极磁铁等多级磁铁,柔性线圈中心线为直线,直线与磁铁中心线平行。线圈定位精度对磁场测量有重要影响,柔性PCB线圈通过长寿命胶水粘附于磁铁极头表面,这样可以保证磁铁转运、真空室安装、真空烘烤等过程不会对线圈定位精度产生影响。
磁场标定模块,磁铁到达某一个固定磁场时给出相应的触发信号,随后该触发信号被传输至数据采集模块。
如图5所示,数据采集模块,用于采集测磁线圈电压、霍尔传感器或核磁共振传感器触发信号以及加速周期起始信号;主控装置用于与上位机进行网络通信,将上位机的控制信息处理后输入FPGA,控制FPGA数据采集的参数,并将FPGA采集到的数据按照与上位机约定的数据格式打包,传输至上位机,FPGA对柔性线圈模块的电压信号、磁场标定模块的触发信号时间和数据采集模块的加速周期起始的时间进行采集。FPGA是数据采集的核心,用于控制ADC(模拟数字转换器)采样参数,采集数据预处理,打时间戳,记录触发时间等工作。测磁线圈信号采集可以多路配置,实现多个线圈信号的同步采集。
柔性线圈模块的电压信号依次通过滤波器、放大器和模拟数字转换器后进入FPGA,磁场标定模块触发信号经过滤波和整形后进入FPGA,加速周期起始的信号通过滤波和整形后进入FPGA。由于磁铁励磁电流中含有较高的开关频率及谐波分量,严重影响磁场感应电压的信噪比,因此使用滤波器进行噪声滤除。放大器用于将信号放大或缩小至合适幅度,适配模拟数字转换器采样量程。整形环节主要用于将霍尔传感器或核磁共振传感器触发信号,以及加速周期起始信号转化为标准方波,方便FPGA数字电路处理。
数据处理模块是高精度磁场动态效应补偿系统的核心控制逻辑,运行于上位计算机中。其首先根据加速束流动力学得到磁铁目标磁场曲线,作为系统迭代优化的目标;根据数据采集模块传输至的电压信号,触发信号的到达时间和加速周期起始的时间获得实际磁场曲线。电源波形补偿模块将磁铁目标磁场曲线与实际采集的磁场曲线进行求差运算,得到误差磁场曲线,由于程序第一次迭代时,还没有实际磁场曲线,这时误差磁场曲线即为目标磁场曲线;然后根据误差磁场曲线和磁铁实测静态电流-积分磁场曲线,差值得到误差电流曲线;然后将误差电流曲线按照设定比重对当前电流曲线进行修正,比重高则磁场动态效应补偿系统收敛快,但磁场误差较小时容易发生振荡,比重小则系统收敛慢,但磁场误差较小时不容易发生振荡,可以获得更高的补偿精度,补偿比重可以设置为0.01-1以内的固定值,也可以设置为按照一定规律下降的曲线,既可以使系统快速收敛,又可以获得较高的补偿精度;然后将修正后的电流曲线发送至电源,开启下一个加速器磁铁运行周期;对磁场曲线进行测量,并将数据发送至上位计算机;控制程序将目标磁场曲线和实测磁场曲线进行比较,开启下一个迭代周期;当磁场误差满足设置补偿精度要求时,迭代终止。
实施例二:
基于相同的发明构思,本实施例公开了一种在线式磁场动态效应补偿方法,如图6所示,采用上述任一项的在线式磁场动态效应补偿系统,包括以下步骤:
S1根据加速束流动力学得到磁场目标磁场曲线,作为系统迭代优化的目标;
S2将磁铁目标磁场曲线与实际采集的磁场曲线进行求差运算,得到误差磁场曲线,在第一次迭代时没有实际磁场曲线,这时误差磁场曲线即为目标磁场曲线;判断误差磁场曲线是否满足精度要求,若是则结束;若否则进入下一步;
S3根据误差磁场曲线和磁铁实测静态电流-积分磁场曲线的差值得到误差电流曲线;
S4根据误差电流曲线,按照预设比重对当前电流曲线进行修正,比重高则磁场动态效应补偿系统收敛快,但磁场误差较小时容易发生振荡,比重小则系统收敛慢,但磁场误差较小时不容易发生振荡,可以获得更高的补偿精度,补偿比重可以设置为0.01-1以内的固定值,也可以设置为按照预先设定规律下降的曲线,既可以使系统快速收敛,又可以获得较高的补偿精度;
S5将修正后的电流曲线发送至磁铁电源,开启下一个加速器磁铁运行周期,并对磁场曲线进行测量,并将数据发送至上位机,重复上述步骤,直至误差磁场曲线满足精度要求。
实施例三:
基于相同的发明构思,本实施例公开了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行以实现上述在线式磁场动态效应补偿方法。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种在线式磁场动态效应补偿系统,其特征在于,包括:柔性线圈模块、磁场标定模块、数据采集模块、数据处理模块和电源波形补偿模块;
所述柔性线圈模块,其通过电磁感应原理将加速器中磁铁的磁场变化速率转换为电压信号,该柔性线圈放置于磁铁内真空管道和真空室之间;
所述磁场标定模块,用于监测磁场,并在磁场达到设定值时产生触发信号,将触发信号传输至所述数据采集模块;
所述数据采集模块,用于获得所述柔性线圈模块的电压信号、所述磁场标定模块的触发信号和加速周期起始信号,计算触发信号的到达时间和加速周期起始的时间;
所述数据处理模块,用于根据所述数据采集模块传输至的电压信号,触发信号的到达时间和加速周期起始的时间获得实际磁场曲线;
所述电源波形补偿模块,用于将实际磁场曲线和目标磁场曲线进行比较,根据两者之间的差值对磁铁电源的预设电流曲线进行修正,将修正后的电流曲线发送至磁铁电源;
所述柔性线圈模块为柔性线圈阵列,所述柔性线圈阵列包括若干柔性线圈,每个所述柔性线圈为单面或双面柔性印刷电路板;
每个所述柔性线圈模块将测量得到所述柔性线圈位置处的电压信号积分后得到积分磁场,通过各个柔性线圈采集的不同位置的所述积分磁场获得磁铁的积分场均匀度,将所述积分场均匀度泰勒展开获得动态磁场的高阶量,所述高阶量用于同步加速器共振校正;选择一组或多组柔性线圈的高阶量进行加权平均,得到积分磁场,所述积分磁场用于动态磁场补偿。
2.如权利要求1所述的在线式磁场动态效应补偿系统,其特征在于,对于二极磁铁,所述柔性线圈的中心线为弧形,其曲率半径等于参考束流的弯转半径,对于四极磁铁和六极磁铁,所述柔性线圈的中心线为直线,所述直线与磁铁中心线平行。
3.如权利要求1所述的在线式磁场动态效应补偿系统,其特征在于,所述磁场标定模块为霍尔传感器或核磁共振传感器。
4.如权利要求1-3任一项所述的在线式磁场动态效应补偿系统,其特征在于,所述数据采集模块,用于与上位机进行网络通信,将所述上位机的控制信息输入FPGA,并将FPGA采集到的数据传输至上位机,所述FPGA对所述柔性线圈模块的电压信号、所述磁场标定模块的触发信号和加速周期起始信号进行采集。
5.如权利要求4所述的在线式磁场动态效应补偿系统,其特征在于,所述柔性线圈模块的电压信号依次通过滤波器、放大器和模拟数字转换器后进入所述FPGA,所述磁场标定模块的触发信号时间经过滤波和整形后进入所述FPGA;所述加速周期起始信号通过滤波和整形后进入所述FPGA。
6.一种在线式磁场动态效应补偿方法,其特征在于,采用如权利要求1-5任一项所述的在线式磁场动态效应补偿系统,包括以下步骤:
获取磁铁目标磁场曲线,将磁铁目标磁场曲线与实际采集的磁场曲线进行求差运算,得到误差磁场曲线;
判断所述误差磁场曲线是否满足精度要求,若是则结束;若否则进入下一步;
根据误差磁场曲线和磁铁实测静态电流-积分磁场曲线的差值得到误差电流曲线;
根据所述误差电流曲线,按照预设比重对当前电流曲线进行修正;
将修正后的电流曲线发送至磁铁电源,并对磁场曲线进行测量,重复上述步骤,直至所述误差磁场曲线满足精度要求。
7.如权利要求6所述在线式磁场动态效应补偿方法,其特征在于,所述预设比重为:将补偿比重设置为0.01-1的固定值,或设置为按照预先设定规律下降的曲线,使系统快速收敛,又能获得较高的补偿精度。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求6或7中所述的在线式磁场动态效应补偿方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211462649.6A CN115568084B (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211462649.6A CN115568084B (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115568084A CN115568084A (zh) | 2023-01-03 |
CN115568084B true CN115568084B (zh) | 2023-03-10 |
Family
ID=84770127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211462649.6A Active CN115568084B (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115568084B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102548182A (zh) * | 2012-01-14 | 2012-07-04 | 中国科学院近代物理研究所 | 消除同步加速器磁滞效应影响的运行方法 |
CN105339803A (zh) * | 2013-05-08 | 2016-02-17 | 海德堡离子射线治疗(Hit)海德堡大学综合诊所企业有限公司 | 用以对电磁体产生的磁场进行测量和闭环控制的装置 |
CN106804091A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-06-06 | 华中科技大学 | 一种回旋加速器等时性磁场垫补方法及系统 |
CN108267701A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-10 | 中国船舶重工集团公司第七0研究所 | 一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统 |
CN207802494U (zh) * | 2018-02-05 | 2018-08-31 | 中国科学院近代物理研究所 | 连续波慢引出同步加速器 |
CN109842986A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-06-04 | 惠州离子科学研究中心 | 横向束流均匀的快循环同步加速器和加速器系统 |
CN111462975A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-28 | 清华大学 | 一种磁场产生方法、同步加速器、存储介质和设备 |
WO2022209300A1 (ja) * | 2021-04-01 | 2022-10-06 | 株式会社日立製作所 | 電磁石装置、電磁石装置の制御方法、および、粒子線治療装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2506026A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Universitätsklinikum Freiburg | Method of dynamically compensating for magnetic field heterogeneity in magnetic resonance imaging |
US10877122B2 (en) * | 2015-03-27 | 2020-12-29 | Michael Hutchinson | Ultrafast MRI system and method |
-
2022
- 2022-11-22 CN CN202211462649.6A patent/CN115568084B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102548182A (zh) * | 2012-01-14 | 2012-07-04 | 中国科学院近代物理研究所 | 消除同步加速器磁滞效应影响的运行方法 |
CN105339803A (zh) * | 2013-05-08 | 2016-02-17 | 海德堡离子射线治疗(Hit)海德堡大学综合诊所企业有限公司 | 用以对电磁体产生的磁场进行测量和闭环控制的装置 |
CN106804091A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-06-06 | 华中科技大学 | 一种回旋加速器等时性磁场垫补方法及系统 |
CN108267701A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-10 | 中国船舶重工集团公司第七0研究所 | 一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统 |
CN207802494U (zh) * | 2018-02-05 | 2018-08-31 | 中国科学院近代物理研究所 | 连续波慢引出同步加速器 |
CN109842986A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-06-04 | 惠州离子科学研究中心 | 横向束流均匀的快循环同步加速器和加速器系统 |
CN111462975A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-28 | 清华大学 | 一种磁场产生方法、同步加速器、存储介质和设备 |
WO2022209300A1 (ja) * | 2021-04-01 | 2022-10-06 | 株式会社日立製作所 | 電磁石装置、電磁石装置の制御方法、および、粒子線治療装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
HIMM与HIAF装置同步加速器闭轨校正;王耿;《中国博士学位论文全文数据库(电子期刊)工程科技II辑》;20210115(第1期);1-166 * |
增强器共振补偿方法;李杰 等;《原子能科学技术》;20190902;第53卷(第9期);1687-1690 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115568084A (zh) | 2023-01-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luo et al. | Connection pattern research and experimental realization of single stage multipole field electromagnetic launcher | |
CN115568084B (zh) | 一种在线式磁场动态效应补偿系统、方法和可读介质 | |
CN111462975B (zh) | 一种磁场产生方法、同步加速器、存储介质和设备 | |
USH909H (en) | Method of correcting eddy current magnetic fields in particle accelerator vacuum chambers | |
CN217904246U (zh) | 一种电子枪高压电源装置 | |
Han et al. | Development and measurement of a fast kicker magnet applied to a proton therapy facility | |
EP3951828B1 (en) | Electron gun with automatic astigmatism elimination, and automatic astigmatism elimination method of an electron gun | |
Golluccio et al. | PCB coil array for measuring curved accelerator dipoles: two case studies on the MedAustron accelerator | |
CN110831315B (zh) | 一种用于加速器束流线调试束流的束流准直方法 | |
Gurov et al. | Nsls-II Boster | |
Giachero et al. | Fast orbit corrector power supply in MTCA. 4 form factor for Sirius light source | |
Weng et al. | Construction and early commissioning results of the ags booster | |
Castro | Orbit correction by dispersion minimization in an undulator with superimposed FODO lattice | |
Shibata et al. | The Development of a New High Field Injection Septum Magnet System for Main Ring of J-Parc | |
Kasaei et al. | Dynamic Behaviour of Fast-Pulsed Quadrupole Magnets for LINAC4 Transfer Line | |
Frachon et al. | Results of magnetic measurements and field integral compensation for the elliptical multipole wiggler | |
Walker et al. | Construction and testing of an electromagnetic elliptical wiggler for ELETTRA | |
Kondo et al. | Digital Control System of High Precision Magnet Power Supply for SPring-8-II | |
Wolf et al. | LCLS undulator tuning and fiducialization | |
Mitsuda et al. | Newly Development of Ceramics Chamber with Integrated Pulsed Magnet for Super-Narrow Bore in KEK-PF | |
Lebasque et al. | Four Matched Kicker Systems for the SOLEIL Storage Ring Injection, a Full Solid State Solution of Pulsed Power Supplies Working at High Current | |
Degiovanni et al. | Design, integration, and commissioning of the first linac for image guided hadron therapy prototype | |
Karnaukhov et al. | Distribution of the beam density at the target of subcritical facility" Neutron Source" | |
Gilpatrick | Beam Diagnostics Instrumentation for a 6.7-MeV Proton Beam Halo Experiment | |
Koprek | Status of the Transverse Intra Bunch Train Feedback of the European XFEL |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |