RU2625601C1

RU2625601C1 - Positive-sensitive sensor for measuring amplitude-time parameters and pulsed electron beam profile

Info

Publication number: RU2625601C1
Application number: RU2016140447A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Батуркин; Алексей Михайлович Белов; Наталья Илларионовна Приходько; Илья Викторович Сигинов; Александр Александрович Скунцев; Илья Александрович Бочков
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2017-07-17

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: position-sensitive sensor for measuring the amplitude-time parameters and the current density profile of the pulsed electron beam comprises a lower collector plate, current transformers mounted on rod current conductors, which lower ends are connected to the lower collector plate, an upper collector plate with holes coaxial with the upper ends of the current conductors, positioned coplanar with the upper collector plate. Miniature current transformers isolated from the power (primary) electrical circuit and connected to the recording equipment according to the symmetrical scheme are used as the converters of the measured current to voltage.

EFFECT: increased noise immunity of the sensor.

1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретнее к датчикам для измерения тока электронного пучка, и может найти применение в исследовательских и промышленных установках.The invention relates to measuring equipment, and more particularly to sensors for measuring the electron beam current, and can find application in research and industrial installations.

Наиболее близким к предложенному является устройство [1] для измерения тока электронного пучка, содержащее: прозрачный для пучка датчик и систему измерений. Это устройство не позволяет проводить многоточечные измерения профиля широкого электронного пучка.Closest to the proposed one is a device [1] for measuring the electron beam current, comprising: a sensor transparent to the beam and a measurement system. This device does not allow multi-point measurements of the profile of a wide electron beam.

Другим близким к предложенному является устройство для измерения тока электронного пучка [2], содержащее непрозрачный для пучка датчик и систему измерений. Датчик представлен в виде собирающего электрода и нагрузочного резистора, преобразующего измеряемый ток в выходное напряжение. Это устройство обладает низкой помехозащищенностью, так как силовая и измерительная цепи имеют непосредственную электрическую связь.Another close to the proposed is a device for measuring the electron beam current [2], containing an opaque to the beam sensor and a measurement system. The sensor is presented in the form of a collecting electrode and a load resistor that converts the measured current to the output voltage. This device has a low noise immunity, as the power and measuring circuits have direct electrical connection.

Цель изобретения состоит в обеспечении совокупности характеристик датчика, а именно:The purpose of the invention is to provide a combination of sensor characteristics, namely:

- измерение распределения плотности тока электронного пучка по его поперечному сечению, т.е. одновременное измерение формы и амплитуды импульса тока как функции времени в нескольких пространственно разнесенных точках в поперечном сечении электронного пучка с возможностью регистрации в соответствующих параллельных каналах,- measurement of the distribution of current density of the electron beam over its cross section, i.e. simultaneous measurement of the shape and amplitude of the current pulse as a function of time at several spatially separated points in the cross section of the electron beam with the possibility of recording in the corresponding parallel channels,

- обеспечение высокой точности измерений в условиях интенсивных помех.- ensuring high accuracy measurements in conditions of intense interference.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве в качестве преобразователей измеряемого тока в выходное напряжение использованы миниатюрные трансформаторы тока. Это позволяет разместить датчики компланарно с интервалом порядка 10 мм. Компланарность расположения датчиков позволяет сохранить эквипотенциальность приемника электронного пучка и тем самым уменьшить погрешность. Использование трансформаторов тока позволяет получить высокую помехозащищенность за счет гальванической развязки силовой (первичной) цепи и измерительной (вторичной) цепи. Дополнительно, симметричная схема подключения трансформаторов тока к регистрирующей аппаратуре позволяет значительно ослабить синфазную помеху в линиях передачи сигналов.The goal is achieved in that in the proposed device as transducers of the measured current into the output voltage, miniature current transformers are used. This allows you to place sensors coplanarly with an interval of the order of 10 mm. The coplanarity of the arrangement of the sensors allows us to maintain the equipotentiality of the electron beam receiver and thereby reduce the error. The use of current transformers allows to obtain high noise immunity due to galvanic isolation of the power (primary) circuit and the measuring (secondary) circuit. In addition, a symmetrical circuit for connecting current transformers to recording equipment can significantly reduce common-mode noise in signal transmission lines.

Дополнительным положительным свойством предлагаемого устройства является автоматическое защитное ограничение выходных сигналов из-за насыщения ферритовых сердечников при протекании измеряемых токов сверхвысокого значения.An additional positive feature of the proposed device is the automatic protective limitation of the output signals due to the saturation of ferrite cores during the flow of measured currents of superhigh values.

Заявляемый объект изобретения представлен в виде лабораторного макета четырехточечного датчика на фиг. 1.The claimed object of the invention is presented in the form of a laboratory layout of a four-point sensor in FIG. one.

Сбор большей части электронов в пучке осуществляется на корпус всей установки через верхнюю коллекторную пластину 09, проводящие втулки 10, нижнюю 07 коллекторную пластину и корпус датчика 11. Сбор измеряемых частей электронного пучка производится торцами цилиндрических тоководов 01 и защитными шайбами 02 через отверстия в верхней коллекторной пластине 09 на нижнюю коллекторную пластину 07. Защитные шайбы направляют в тоководы часть электронного пучка, приходящегося на зазор между тоководами и отверстиями в верхней коллекторной пластине. Измеряемые токи протекают через тоководы и преобразуются в выходное напряжение трансформаторами тока, состоящими из ферритового сердечника 05 и обмотки 06.The bulk of the electrons in the beam is collected on the entire installation through the upper collector plate 09, the conductive bushings 10, the lower 07 collector plate and the sensor housing 11. The measured parts of the electron beam are collected by the ends of the cylindrical current leads 01 and protective washers 02 through the holes in the upper collector plate 09 to the lower collector plate 07. The protective washers direct part of the electron beam into the conductors, which is the gap between the conductors and the holes in the upper collector plate. The measured currents flow through the current leads and are converted into output voltage by current transformers consisting of a ferrite core 05 and a winding 06.

Трансформаторы тока выполнены на основе ферритовых кольцевых сердечников EPCOS R10/6/4 N87. Обмотка содержит 28 витков проводом ПЭВ-2 0.5 мм с возвратным витком под обмоткой по наружной поверхности ферритового кольца и нагружена на шунтирующий измерительный резистор 5 Ом, к которому присоединены два согласующих резистора 51 Ом для подключения симметричной сигнальной линии. Шунтирующие и согласующие SMD резисторы установлены на печатной плате размером 10⋅7.5 мм, присоединенной к выводам токового трансформатора (не показаны).Current transformers are made on the basis of ferrite ring cores EPCOS R10 / 6/4 N87. The winding contains 28 turns with a PEV-2 0.5 mm wire with a return coil under the winding on the outer surface of the ferrite ring and is loaded on a 5 Ohm shunt measuring resistor, to which two 51 Ohm terminating resistors are connected to connect a symmetrical signal line. Shunt and termination SMD resistors are mounted on a 10–7.5 mm PCB connected to the terminals of a current transformer (not shown).

Трансформаторы тока надеты на металлические тоководы 01 диаметром 3 мм, причем для защиты обмоток на тоководы установлены металлические шайбы 02 с наружным диаметром 8 мм. Трансформаторы изолированы от тоководов фторопластовыми деталями 04 (втулки с отбортовками).Current transformers are worn on metal current leads 01 with a diameter of 3 mm, and metal washers 02 with an outer diameter of 8 mm are installed to protect the windings on the current leads. The transformers are isolated from current leads by fluoroplastic parts 04 (flanged bushings).

Тоководы нижней частью привинчены к нижней коллекторной пластине 07 гайками 08, а верхняя часть тоководов располагается в соосных отверстиях диаметром 5 мм в верхней коллекторной пластине 09. Фиксация положения трансформаторов осуществлена фторопластовыми втулками 03. Шаг установки трансформаторов равен 10 мм.The current leads are screwed to the lower collector plate 07 with nuts 08 and the upper part of the conductors is located in coaxial holes with a diameter of 5 mm in the upper collector plate 09. The position of the transformers is fixed by fluoroplastic bushings 03. The step of installation of the transformers is 10 mm.

Верхняя коллекторная пластина соединяется с нижней коллекторной пластиной через металлические втулки 10. Нижняя коллекторная пластина крепится к вакуумплотному корпусу датчика 11 с отверстием в центре для электрического разъема и отверстиями на фланце для крепления к вакуумной установке.The upper collector plate is connected to the lower collector plate through metal bushings 10. The lower collector plate is attached to the vacuum tight housing of the sensor 11 with a hole in the center for the electrical connector and holes on the flange for attachment to the vacuum unit.

Техническим результатом является подтверждение расчетных характеристик (тау <=10 нс, S=25 A/V).The technical result is the confirmation of the calculated characteristics (tau <= 10 ns, S = 25 A / V).

Источники информацииInformation sources

1. Е.В. Армейский, С.И. Бутрим и Ю.В. Приймак. Устройство для измерения тока электронного пучка. Описание изобретения к авторскому свидетельству 546024 SU.1. E.V. Army, S.I. Butrim and Yu.V. Priymak. Device for measuring electron beam current. Description of the invention to the copyright certificate 546024 SU.

2. А.А. Кузьмин. Система измерения интенсивности пучка протонного синхротрона. ЛТЭ, №4, 1962, с. 121.2. A.A. Kuzmin. A system for measuring the intensity of a proton synchrotron beam. LTE, No. 4, 1962, p. 121.

Claims

A position-sensitive sensor for measuring the amplitude-time parameters and current density profile of a pulsed electron beam, containing a lower collector plate, current transformers worn on rod current conductors, the lower ends of which are connected to the lower collector plate, the upper collector plate with holes coaxial with the upper ends current leads arranged coplanarly to the upper collector plate, characterized in that to enable measurement of the current density profile of the electronic In the case of increased noise immunity, miniature current transformers isolated from the power (primary) electric circuit and connected to the recording equipment in a symmetrical manner are used as converters of the measured current to voltage.