JP4979500B2 - CT monitor - Google Patents

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Description

本発明は、長期ノイズによるグランドの変動、ＭＨｚ級の短期ノイズ、さらに電子ビームによるリンギングの影響を低減することができるＣＴモニターに関する。   The present invention relates to a CT monitor capable of reducing the influence of ground fluctuation due to long-term noise, short-term noise of MHz class, and ringing due to an electron beam.

電子を加速する電子加速器では、加速された電子ビームの電荷量を非接触で計測するためにＣＴ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）モニターが用いられる。かかるＣＴモニターは、非特許文献１、２に開示されており、かつ非特許文献３のメーカーから市販されている。
なお、ＣＴモニターは、電子加速器に限定されず、荷電粒子ビームの加速器にも用いることができる。以下、電子ビームと荷電粒子ビームを単に「荷電ビーム」と呼び、電子加速器と荷電ビームの加速器を単に「加速器」と呼ぶ。 In an electron accelerator that accelerates electrons, a CT (current transformer) monitor is used to measure the charge amount of the accelerated electron beam in a non-contact manner. Such CT monitors are disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, and are commercially available from the manufacturer of Non-Patent Document 3.
The CT monitor is not limited to an electron accelerator, and can be used for a charged particle beam accelerator. Hereinafter, the electron beam and the charged particle beam are simply referred to as “charged beam”, and the electron accelerator and the charged beam accelerator are simply referred to as “accelerator”.

図６は、非特許文献１に開示されたＣＴモニターの原理図であり、電子ビーム５１が通過する経路を囲む位置にコイル５２を設け、電子ビーム５１の通過により発生する磁界変化によりコイル５２に誘導電流を発生させ、この誘導電流を増幅し積算して電子ビーム１の電荷量を測定するようになっている。   FIG. 6 is a principle diagram of a CT monitor disclosed in Non-Patent Document 1, in which a coil 52 is provided at a position surrounding a path through which the electron beam 51 passes, and the coil 52 is caused by a magnetic field change generated by the passage of the electron beam 51. An induced current is generated, and the induced current is amplified and integrated to measure the charge amount of the electron beam 1.

図７は、非特許文献２に開示されたＣＴモニターの回路図である。この例では、荷電ビーム６１が通過する経路を囲む中空円形のフェライトコア６３にコイル６２を巻き付け、その両端に発生する電圧差を増幅し、これから荷電ビーム６１の電荷量を測定するようになっている。   FIG. 7 is a circuit diagram of a CT monitor disclosed in Non-Patent Document 2. In this example, a coil 62 is wound around a hollow circular ferrite core 63 surrounding a path through which the charged beam 61 passes, a voltage difference generated at both ends thereof is amplified, and the charge amount of the charged beam 61 is measured from this. Yes.

Ｐ．Ｃｅｎｎｉｎｉ，ｅｔ ａｌ．，“ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＬＩＮＥ ＢＥＡＭ ＣＵＲＲＥＮＴ ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ ＳＹＳＴＥＭ”ＣＥＲＮ／ＰＳ／ＢＲ ８０−３，Ｊａｎ １９８０．１４ｐｐ．P. Cennini, et al. "INJECTION LINE BEAM CURRENT TRANSFORMER SYSTEM" CERN / PS / BR 80-3, Jan 198.14pp. Ｄ．Ｆ．Ｓｕｔｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，“Ａ ＷＩＤＥ ＢＡＮＤ ＣＵＲＲＥＮＴ ＭＯＮＩＴＯＲ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｎｕｃｌ． Ｓｃｉ． ２０：６６５−６６７， １９７３．（Ｎｏ．３）D. F. Sutter et al. "A WIDE BAND CURRENT MONITOR" IEEE Trans. Nucl. Sci. 20: 665-667, 1973. (No. 3) Ｂｅｒｇｏｚ会社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｅｒｇｏｚ．ｃｏｍ／Ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ＢＣＭ／ＢＣＭ．ｈｔｍ）Bergoz Company (http://www.bergoz.com/Products/BCM/BCM.htm)

上述したように、従来の加速器におけるＣＴモニター（ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｍｏｎｉｔｏｒ）は、ビームがビームパイプに据え付けられているＣＴモニター内を通過したとき、ＣＴモニター内のフェライトコアの巻き線にビームによる誘導電流が流れることによりその電流量（電荷量）を測定する仕組みになっている。   As described above, the CT monitor (current transformer Monitor) in the conventional accelerator is configured such that when the beam passes through the CT monitor installed on the beam pipe, the induced current caused by the beam is applied to the winding of the ferrite core in the CT monitor. It is a mechanism for measuring the amount of current (charge amount) by flowing.

しかし、ＣＴモニターの出力信号は設置環境に大きく影響を受けるため、ＣＴモニターによりビーム電流を定量的に評価することは従来難しかった。
例えば、加速器の運転において予想されるＣＴモニターの出力波形への影響として、パルススイッチングデバイスであるサイラトロンによるＭＨｚ級の高速ノイズ、クライストロンなどの高電圧スイッチングデバイスによるグランドに流れる１０００Ａ級の電流による出力波形でのグランドのうねり、そしてビームの通過による航跡場の発生に伴うＣＴ出力波形のリンギングが挙げられる。 However, since the output signal of the CT monitor is greatly affected by the installation environment, it has conventionally been difficult to quantitatively evaluate the beam current using the CT monitor.
For example, the expected output waveform of the CT monitor in the operation of the accelerator is an output waveform caused by a 1000 A class current flowing to the ground by a high voltage switching device such as a klystron or a high speed switching device such as a klystron by a thyratron that is a pulse switching device. Undulation of the ground at the center and ringing of the CT output waveform accompanying the generation of a wake field due to the passage of the beam.

ここで、「航跡場」とは、ビームが通過した後に発生する電場をいい、「リンギング」とは、共鳴などにより、波形が減衰振動的な振る舞いをすることをいう。
以上のようなＣＴモニターによる測定の問題点のため、従来からＣＴモニターは電流の高精度の絶対測定には向かないデバイスとされていた。 Here, the “wake field” means an electric field generated after the beam passes, and “ringing” means that the waveform behaves in a damped oscillation due to resonance or the like.
Due to the problems of the measurement by the CT monitor as described above, the CT monitor has conventionally been regarded as a device that is not suitable for high-precision absolute measurement of current.

例えば、電子加速器の運転時において、ＣＴモニターにより電子ビームの電流値を測定すると、外部環境からのノイズによる不必要な高速信号の混入とグランドラインの変動がみられる。この影響のために電子ビームの輸送電流（電気量）の高精度測定が困難になっている。そのため、電子ビームの電流量測定の精度を向上させるためには、長期ノイズによるグランドの変動や短期ノイズの影響による測定の不確定性を抑える必要がある。
言い換えれば、従来の加速器におけるＣＴモニターは、(I)グラウンドの長周期同相ノイズ、 (II)サイラトロンなどによる短周期同相ノイズ、 (III)ビームの航跡場によるリンギングなどの問題点があった。 For example, when the electron beam current value is measured by a CT monitor during operation of the electron accelerator, unnecessary high-speed signal mixing due to noise from the external environment and ground line fluctuation are observed. This effect makes it difficult to accurately measure the transport current (electric quantity) of the electron beam. Therefore, in order to improve the accuracy of measuring the amount of current of the electron beam, it is necessary to suppress measurement uncertainty due to ground fluctuation due to long-term noise and the influence of short-term noise.
In other words, CT monitors in conventional accelerators have problems such as (I) ground long-period common-mode noise, (II) short-period common-mode noise due to thyratrons, and (III) ringing due to beam wake fields.

本発明は、かかる要望を満たすために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、長期ノイズによるグランドの変動やＭＨｚ級の短期ノイズ、さらに電子ビームによるリンギングの影響を大幅に低減または無くすことができ、これによりビーム電流の高精度測定を可能にすることができるＣＴモニターを提供することにある。   The present invention has been developed to meet such a demand. That is, the object of the present invention is to greatly reduce or eliminate the effects of ground fluctuations due to long-term noise, MHz-class short-term noise, and ringing due to electron beams, thereby enabling highly accurate measurement of beam current. It is to provide a CT monitor capable of performing the above.

本発明によれば、荷電ビームが内側を通過する単一の中空円形のフェライトコアと、
該フェライトコアに巻き付けられ、該フェライトコア内に発生する磁界変化に比例する出力信号を出力する２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルと、
２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルの前記出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去するノイズ除去回路と、を備え、
前記順巻きコイル及び逆巻きコイルは、磁界変化による前記出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されており、
前記ノイズ除去回路は、順巻きコイル及び逆巻きコイルの各組にそれぞれ対応し、順巻きコイル及び逆巻きコイルの出力信号を低電圧の差動方式で伝送し同一の抵抗で終端する２組以上の入力ラインと、
２組以上の入力ライン内で発生する同相ノイズを互いに差し引きして抑制し、符号が逆の信号を互いに加算して出力する複数の差動アンプと、
複数の差動アンプの出力を加算する加算回路と、
加算された複数の差動アンプのアナログ出力をデジタル信号に変換する差動信号伝送および差動検出の差動アンプ内包ＡＤ変換器とからなる、ことを特徴とするＣＴモニターが提供される。 According to the present invention, a single hollow circular ferrite core through which a charged beam passes,
Two or more sets of forward and reverse coils that are wound around the ferrite core and output an output signal proportional to the magnetic field change generated in the ferrite core;
A noise removal circuit for removing long-cycle and short-cycle common-mode noise from the output signals of two or more sets of forward winding coils and reverse winding coils;
The forward-winding coil and the reverse-winding coil are designed such that the magnitude of the output signal due to a magnetic field change is the same and the sign is reversed.
The noise elimination circuit corresponds to each pair of forward winding coil and reverse winding coil, and two or more sets of inputs that transmit the output signals of the forward winding coil and the reverse winding coil by a low voltage differential method and terminate with the same resistance. Line,
A plurality of differential amplifiers that subtract and suppress in-phase noise generated in two or more sets of input lines, add signals of opposite signs to each other, and output them;
An adder circuit for adding the outputs of a plurality of differential amplifiers;
There is provided a CT monitor comprising: a differential signal transmission AD converter for differential signal transmission and differential detection for converting the analog outputs of a plurality of added differential amplifiers into digital signals.

また、前記フェライトコアと順巻きコイル及び逆巻きコイルを収容する導電性のケースと、
該ケースの内側に設けられた減衰抵抗皮膜とを有し、
該減衰抵抗皮膜は、ビーム航跡場によるリンギングを減衰させるように調整されている。 In addition, a conductive case that houses the ferrite core, the forward winding coil and the reverse winding coil,
A damping resistance film provided inside the case;
The damping resistance film is adjusted to attenuate ringing caused by the beam wake field.

上記本発明の構成によれば、荷電ビームが内側を通過する中空円形のフェライトコアに巻き付けられた順巻きコイル及び逆巻きコイルが、磁界変化による出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されているので、ノイズ除去回路により、順巻きコイル及び逆巻きコイルの出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去することができる。
従って、長期ノイズによるグランドの変動、及びサイラトロンなどによる短周期同相ノイズを無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。 According to the configuration of the present invention described above, the forward winding coil and the reverse winding coil wound around the hollow circular ferrite core through which the charged beam passes inside have the same output signal magnitude due to the magnetic field change and the signs thereof are reversed. Therefore, the noise removal circuit can remove long-cycle and short-cycle in-phase noises from the output signals of the forward winding coil and the reverse winding coil.
Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the beam current by eliminating the ground fluctuation due to the long-term noise and the short-period common mode noise due to the thyratron.

また、フェライトコアと順巻きコイル及び逆巻きコイルを収容する導電性のケースの内側に減衰抵抗皮膜を設け、ビーム航跡場によるリンギングを早期に減衰させることにより、リンギングの影響を無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。   In addition, a damping resistance film is provided inside the conductive case that houses the ferrite core, forward winding coil, and reverse winding coil, and the ring current is attenuated at an early stage, thereby eliminating the influence of ringing and measuring the beam current. Accuracy can be increased.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本発明によるＣＴモニターの正面図であり、図２はその側面断面図である。
図１及び図２において、本発明のＣＴモニター１０は、中空円形のフェライトコア１２と順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂを備える。なおこの図において、２は荷電ビーム１が内部を通過するビームパイプ、１５ａ，１５ｂは出力端子、１６はＣＴケース、１８はダンピング用抵抗体である。 FIG. 1 is a front view of a CT monitor according to the present invention, and FIG. 2 is a side sectional view thereof.
1 and 2, the CT monitor 10 of the present invention includes a hollow circular ferrite core 12, a forward winding coil 14a, and a reverse winding coil 14b. In this figure, 2 is a beam pipe through which the charged beam 1 passes, 15a and 15b are output terminals, 16 is a CT case, and 18 is a damping resistor.

荷電ビーム１（例えば電子ビーム）は、中空円形のフェライトコア１２の内側を通過する。フェライトコア１２は、ビームパイプ２の外側を囲み、その内側を通過する荷電ビーム１により、フェライトコア１２の内部に周方向の磁界を発生する。   A charged beam 1 (for example, an electron beam) passes inside a hollow circular ferrite core 12. The ferrite core 12 surrounds the outside of the beam pipe 2 and generates a circumferential magnetic field inside the ferrite core 12 by the charged beam 1 passing through the inside of the beam pipe 2.

順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂは、フェライトコア１２に回りに巻き付けられており、フェライトコア１２内に発生する磁界変化に比例する出力信号を出力する。この順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂは、磁界変化による出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されている。   The forward winding coil 14 a and the reverse winding coil 14 b are wound around the ferrite core 12 and output an output signal proportional to a change in magnetic field generated in the ferrite core 12. The forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b are designed so that the magnitudes of the output signals due to the magnetic field change are the same and the signs thereof are reversed.

なお、図１の例では、上下に１組の順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂと左右に１組の順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂが設けられているが、本発明はこれに限定されず、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂが１組のみでも、３組み以上であってもよい。
また、順巻きコイル１４ａと逆巻きコイル１４ｂの位置は、この例のように、フェライトコア１２の直径方向（上下と左右）に位置するのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、順巻きコイル１４ａと逆巻きコイル１４ｂを同じ位置に設けても、或いは全くランダムに設けてもよい。 In the example of FIG. 1, one set of forward winding coil 14a and reverse winding coil 14b is provided on the top and bottom, and one set of forward winding coil 14a and reverse winding coil 14b is provided on the left and right, but the present invention is not limited to this. The forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b may be only one set or three or more sets.
Further, the positions of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b are preferably located in the diameter direction (up and down and left and right) of the ferrite core 12 as in this example, but the present invention is not limited to this, and the forward winding is performed. The coil 14a and the reverse winding coil 14b may be provided at the same position or may be provided at random.

各コイル１４ａ，１４ｂの一端は、図示しないグラウンドに接続され、他端は出力端子１５ａ，１５ｂにそれぞれ接続されている。本発明のＣＴモニターでは、図１に示してあるようにフェライトコア１２に４つの端子１５ａ，１５ｂからＣＴの出力信号を取り出している。   One end of each of the coils 14a and 14b is connected to a ground (not shown), and the other end is connected to the output terminals 15a and 15b. In the CT monitor of the present invention, as shown in FIG. 1, the output signal of CT is taken out from the four terminals 15a and 15b to the ferrite core 12.

図２において、ＣＴケース１６とフェライトコア１２の間の空間に荷電ビーム１の通過により生じる航跡場を抑制する減衰抵抗体１８をケース内面に蒸着及びメッキしている。これにより航跡場によるＣＴの出力信号のリンギングを除去して、荷電ビームの正確な電流（電荷）測定が可能となる。
荷電ビーム１による航跡場がＣＴ内に生じると、航跡場によりＣＴケース１６の大きさに依存した共振周波数の高周波信号が発生する。すなわちＣＴケース１６が高周波共振空洞の振る舞いをする。この共振現象は式１の２階の微分方程式で表される。この効果を抑止するためには、式のＲに相当する減衰項を調整する必要がある。上述した減衰抵抗体１８をＣＴケース１６に蒸着することは減衰項を調整することに他ならない。 In FIG. 2, an attenuation resistor 18 that suppresses a wake field generated by the passage of the charged beam 1 in the space between the CT case 16 and the ferrite core 12 is deposited and plated on the inner surface of the case. As a result, ringing of the CT output signal due to the wake field is eliminated, and accurate current (charge) measurement of the charged beam becomes possible.
When a wake field by the charged beam 1 is generated in the CT, a high frequency signal having a resonance frequency depending on the size of the CT case 16 is generated by the wake field. That is, the CT case 16 behaves as a high frequency resonant cavity. This resonance phenomenon is expressed by the second-order differential equation of Equation 1. In order to suppress this effect, it is necessary to adjust the attenuation term corresponding to R in the equation. Evaporating the above-described attenuation resistor 18 on the CT case 16 is nothing but adjusting the attenuation term.

空洞の共振条件は
Ｌ（ｄｑ２／ｄｔ２）＋Ｒ（ｄｑ／ｄｔ）＋（１／Ｃ）ｑ＝０ ・・・（１）
の方程式を満たす。
ここでＬは空洞のインダクタンス成分、Ｃは空洞の加速ギャップの静電容量、Ｒは空洞の壁面抵抗に依存した減衰係数、ｑはビームに誘起された壁電流である。
上述した構成により、航跡場によるＣＴの出力信号のリンギングを除去して、荷電ビームの正確な電流（電荷）測定が可能となる。 The resonance condition of the cavity is L (dq 2 / dt 2 ) + R (dq / dt) + (1 / C) q = 0 (1)
Satisfies the equation.
Here, L is the inductance component of the cavity, C is the capacitance of the acceleration gap of the cavity, R is the attenuation coefficient depending on the wall resistance of the cavity, and q is the wall current induced in the beam.
With the above-described configuration, ringing of the CT output signal due to the wake field can be removed, and accurate current (charge) measurement of the charged beam can be performed.

図３は、本発明のＣＴモニター１０の第１実施形態を示す回路図である。この図に示すように、本発明のＣＴモニター１０は、ＣＴの出力信号（すなわち順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力信号）から長周期、短周期の同相ノイズを除去するノイズ除去回路２０をさらに備える。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a first embodiment of the CT monitor 10 of the present invention. As shown in this figure, the CT monitor 10 of the present invention includes a noise removing circuit 20 that removes long-cycle and short-cycle common-mode noise from CT output signals (ie, output signals of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b). Further prepare.

ノイズ除去回路２０は、１対の入力ライン２２ａ，２２ｂ、差動アンプ２４及び差動アンプ内包ＡＤ変換器２６からなる。
１対の入力ライン２２ａ，２２ｂは、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力信号を低電圧の差動方式で伝送し同一の抵抗Ｒ１で終端する。
差動アンプ２４は、３つの差動回路２５ａ，２５ｂと複数の抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなり、入力ライン２２ａ，２２ｂ内で発生する同相ノイズを互いに差し引きして抑制し、逆位相の信号を互いに加算して出力する機能を有する。
差動アンプ内包ＡＤ変換器２６は、差動アンプを包含し、差動信号伝送および差動検出のＡＤ変換器であり、差動アンプ２４のアナログ出力をデジタル信号に変換する。 The noise removal circuit 20 includes a pair of input lines 22a and 22b, a differential amplifier 24, and a differential amplifier inclusion AD converter 26.
The pair of input lines 22a and 22b transmit the output signals of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b by a low voltage differential method and terminate with the same resistor R1.
The differential amplifier 24 includes three differential circuits 25a and 25b and a plurality of resistors R2, R3, and R4. The differential amplifier 24 subtracts and suppresses in-phase noises generated in the input lines 22a and 22b from each other, and generates a signal having an opposite phase. It has a function of adding and outputting each other.
The differential amplifier inclusion AD converter 26 includes a differential amplifier, is an AD converter for differential signal transmission and differential detection, and converts an analog output of the differential amplifier 24 into a digital signal.

図３は、２端子の出力に対するノイズ除去回路２０であり、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの２つの端子１５ａ，１５ｂからの出力信号を差動回路に入力する概略図である。また、図４は、ノイズ除去回路２０の入力信号（Ａ）（Ｂ）と、差動アンプ２４からの出力信号（Ｃ）の模式図である。なおこの図における横軸は時間、縦軸は出力レベルである。   FIG. 3 is a noise removal circuit 20 for the output of two terminals, and is a schematic diagram for inputting output signals from the two terminals 15a and 15b of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b to the differential circuit. FIG. 4 is a schematic diagram of the input signals (A) and (B) of the noise removal circuit 20 and the output signal (C) from the differential amplifier 24. In this figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents output level.

図３において、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの２つの端子１５ａ，１５ｂから出力された２つの信号は、１対の入力ライン２２ａ，２２ｂにより低電圧の差動方式で伝送される。
その伝送後の信号は、抵抗Ｒ１（例えば２個の５０Ωの抵抗）で終端され、差動アンプ２４へ入力される。 In FIG. 3, two signals output from the two terminals 15a and 15b of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b are transmitted by a low voltage differential system through a pair of input lines 22a and 22b.
The signal after the transmission is terminated by a resistor R1 (eg, two 50Ω resistors) and input to the differential amplifier 24.

図４（Ａ）（Ｂ）において、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力波形のグラウンド３にうねりを生じさせているノイズなどは同相ノイズである。一方、フェライトコア１２のコイル１４ａ，１４ｂから出力される荷電ビームの電流波形４ａ，４ｂは上下で逆符号、さらに左右でもそれぞれ逆符号の出力波形となるように設計されている。それゆえ、回路に入った信号に対して差動アンプ２４を使用することにより同相ノイズはお互いの差し引きにより抑制される。反対に、荷電ビーム１の信号４ａ，４ｂは足し合わされて大きなシグナルで出力されることになる（図４（Ｃ）の４ｃ）。   In FIGS. 4A and 4B, noise that causes undulation in the ground 3 of the output waveform of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b is in-phase noise. On the other hand, the current waveforms 4a and 4b of the charged beam output from the coils 14a and 14b of the ferrite core 12 are designed to have output waveforms with opposite signs in the upper and lower directions, and also in opposite signs on the right and left sides. Therefore, the common-mode noise is suppressed by subtracting each other by using the differential amplifier 24 for the signals entering the circuit. On the other hand, the signals 4a and 4b of the charged beam 1 are added together and output as a large signal (4c in FIG. 4C).

差動アンプ２４から出力されたＣＴ信号（図４（Ｃ）の４ｃ）は、同じく差動信号伝送および差動検出の差動アンプ内包ＡＤ変換器２６によりデジタル信号に変換される。この２重の差動操作により荷電ビーム１からのＣＴによる電流検出信号は、グラウンドなどの同相ノイズを排除したより純粋な荷電ビームの電流波形を得ることができる（図４（Ｃ）の４ｃ）。
従ってこの構成により、ノイズ除去した正確なＣＴによる通過荷電ビーム１の電流（電荷）検出が可能となる。 The CT signal (4c in FIG. 4C) output from the differential amplifier 24 is converted into a digital signal by the differential amplifier inclusion AD converter 26 for differential signal transmission and differential detection. With this double differential operation, the current detection signal by CT from the charged beam 1 can obtain a purer current waveform of the charged beam from which common mode noise such as ground is eliminated (4c in FIG. 4C). .
Therefore, with this configuration, it is possible to detect the current (charge) of the passing charged beam 1 with accurate CT from which noise has been removed.

図５は、本発明のＣＴモニター１０の第２実施形態を示す回路図であり、４端子の出力に対するノイズ除去回路である。
この例では、２組の順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂと、各組にそれぞれ対応する２組の入力ライン２２ａ，２２ｂ及び差動アンプ２４と、複数の差動アンプ２４の出力を加算する加算回路２８とを備え、加算された複数の差動アンプ２４の出力を差動アンプ内包ＡＤ変換器２６へ入力する。
なお、本発明はこの例に限定されず、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂとこれに対応する差動アンプ２４を３組以上設けてもよい。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the CT monitor 10 of the present invention, which is a noise removal circuit for the output of four terminals.
In this example, two sets of forward winding coil 14a and reverse winding coil 14b, two sets of input lines 22a and 22b and differential amplifier 24 corresponding to each set, and addition for adding the outputs of a plurality of differential amplifiers 24 are added. And outputs the added outputs of the plurality of differential amplifiers 24 to the differential amplifier inclusion AD converter 26.
In addition, this invention is not limited to this example, You may provide three or more sets of the forward winding coils 14a and the reverse winding coils 14b, and the differential amplifier 24 corresponding to this.

図５の例では２端子１組で２台の差動アンプ２４へ差動ケーブルを使用して入力する。この場合は図１の正面図において、上下で１組、左右で１組とする。その後、この２組に相当する信号の差動アンプ２４からの出力（図１において上下で１出力、左右で１出力となる）を１つにして差動アンプ内包ＡＤ変換器２６へ入力する。ＣＴの出力信号は、荷電ビーム１のパルス幅が短い場合にはビームのフェライトコア内の通過位置に比例して出力が変動する。
しかし、この場合でも、図５の例では上記の２組の信号を足し合わせることにより、この通過位置による影響も除去できる。 In the example of FIG. 5, a pair of two terminals is used to input to two differential amplifiers 24 using a differential cable. In this case, in the front view of FIG. Thereafter, the signals corresponding to the two sets are output from the differential amplifier 24 (one output at the top and bottom and one output at the left and right in FIG. 1) and input to the differential amplifier inclusion AD converter 26. When the pulse width of the charged beam 1 is short, the output of the CT output signal varies in proportion to the beam passing position in the ferrite core.
However, even in this case, in the example of FIG. 5, the influence of the passing position can be removed by adding the two sets of signals.

上述したように本発明の構成によれば、荷電ビーム１が内側を通過する中空円形のフェライトコア１２に巻き付けられた順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂが、磁界変化による出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されているのでので、ノイズ除去回路２０により、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去することができる。
従って、長期ノイズによるグランドの変動、及びサイラトロンなどによる短周期同相ノイズを無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。 As described above, according to the configuration of the present invention, the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b wound around the hollow circular ferrite core 12 through which the charged beam 1 passes inside have the same output signal magnitude due to the magnetic field change. Therefore, the noise removal circuit 20 can remove long-cycle and short-cycle common-mode noise from the output signals of the forward winding coil 14a and the reverse winding coil 14b.
Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the beam current by eliminating the ground fluctuation due to the long-term noise and the short-period common mode noise due to the thyratron.

また、フェライトコア１２と順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂを収容する導電性のケース１６の内側に減衰抵抗皮膜１８を設け、ビーム航跡場によるリンギングを早期に減衰させることにより、リンギングの影響を無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。   Further, a damping resistance film 18 is provided inside the conductive case 16 that accommodates the ferrite core 12, the forward winding coil 14a, and the reverse winding coil 14b, and the ringing effect due to the beam wake field is attenuated early, thereby eliminating the influence of the ringing. Thus, the measurement accuracy of the beam current can be improved.

なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the Example and embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明によるＣＴモニターの正面図である。It is a front view of CT monitor by this invention. 本発明によるＣＴモニターの側面断面図である。It is side surface sectional drawing of CT monitor by this invention. 本発明のＣＴモニター１０の第１実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a CT monitor 10 of the present invention. FIG. ノイズ除去回路２０の入力信号（Ａ）（Ｂ）と、差動アンプ２４からの出力信号（Ｃ）の模式図である。3 is a schematic diagram of input signals (A) and (B) of a noise removal circuit 20 and an output signal (C) from a differential amplifier 24. FIG. 本発明のＣＴモニター１０の第２実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd Embodiment of CT monitor 10 of this invention. 非特許文献１に開示されたＣＴモニターの原理図である。It is a principle diagram of a CT monitor disclosed in Non-Patent Document 1. 非特許文献２に開示されたＣＴモニターの回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a CT monitor disclosed in Non-Patent Document 2.

符号の説明Explanation of symbols

１ 荷電粒子ビーム、２ ビームパイプ、
１０ ＣＴモニター、１２ フェライトコア、
１４ａ 順巻きコイル、１４ｂ 逆巻きコイル、
１５ａ，１５ｂ 出力端子、１６ ＣＴケース、
１８ ダンピング用抵抗体、２０ ノイズ除去回路、
２２ａ，２２ｂ 入力ライン、２４ 差動アンプ、
２５ａ，２５ｂ 差動回路、２６ 差動アンプ内包ＡＤ変換器、
２８ 加算回路 1 charged particle beam, 2 beam pipe,
10 CT monitor, 12 ferrite core,
14a forward winding coil, 14b reverse winding coil,
15a, 15b output terminal, 16 CT case,
18 resistor for damping, 20 noise elimination circuit,
22a, 22b input line, 24 differential amplifier,
25a, 25b differential circuit, 26 differential amplifier inclusion AD converter,
28 Adder circuit

Claims (2)

荷電ビームが内側を通過する単一の中空円形のフェライトコアと、
該フェライトコアに巻き付けられ、該フェライトコア内に発生する磁界変化に比例する出力信号を出力する２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルと、
２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルの前記出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去するノイズ除去回路と、を備え、
前記順巻きコイル及び逆巻きコイルは、磁界変化による前記出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されており、
前記ノイズ除去回路は、順巻きコイル及び逆巻きコイルの各組にそれぞれ対応し、順巻きコイル及び逆巻きコイルの出力信号を低電圧の差動方式で伝送し同一の抵抗で終端する２組以上の入力ラインと、
２組以上の入力ライン内で発生する同相ノイズを互いに差し引きして抑制し、符号が逆の信号を互いに加算して出力する複数の差動アンプと、
複数の差動アンプの出力を加算する加算回路と、
加算された複数の差動アンプのアナログ出力をデジタル信号に変換する差動信号伝送および差動検出の差動アンプ内包ＡＤ変換器とからなる、ことを特徴とするＣＴモニター。 A single hollow circular ferrite core through which the charged beam passes;
Two or more sets of forward and reverse coils that are wound around the ferrite core and output an output signal proportional to the magnetic field change generated in the ferrite core;
A noise removal circuit for removing long-cycle and short-cycle common-mode noise from the output signals of two or more sets of forward winding coils and reverse winding coils;
The forward-winding coil and the reverse-winding coil are designed such that the magnitude of the output signal due to a magnetic field change is the same and the sign is reversed.
The noise elimination circuit corresponds to each pair of forward winding coil and reverse winding coil, and two or more sets of inputs that transmit the output signals of the forward winding coil and the reverse winding coil by a low voltage differential method and terminate with the same resistance. Line,
A plurality of differential amplifiers that subtract and suppress in-phase noise generated in two or more sets of input lines, add signals of opposite signs to each other, and output them;
An adder circuit for adding the outputs of a plurality of differential amplifiers;
A CT monitor comprising: a differential signal transmission AD converter for differential signal transmission and differential detection for converting analog outputs of a plurality of added differential amplifiers into digital signals. 前記フェライトコアと順巻きコイル及び逆巻きコイルを収容する導電性のケースと、
該ケースの内側に設けられた減衰抵抗皮膜と、を有し、
該減衰抵抗皮膜は、ビーム航跡場によるリンギングを減衰させるように調整されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＣＴモニター。 A conductive case that houses the ferrite core, the forward winding coil and the reverse winding coil;
A damping resistance film provided on the inside of the case,
The CT monitor according to claim 1, wherein the attenuation resistance film is adjusted so as to attenuate ringing caused by a beam wake field.
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