SU408467A1 - Датчик положения пучков заряженных частиц - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано дл  измерени  положени  центра т жести импульсных и непрерывных пучков зар женных частиц.

Одним из наиболее известных «прозрачных устройств дл  определени  положени  центра т жести пучка зар женных частиц  вл етс  так называемый электростатический датчик положени , состо щий из электродов специальной формы, с которых снимаетс  сигнал, пропорциональный произведению тока пучка на величину его смещени  от начала координат . Принцип работы электростатического датчика основан на регистрации зар да, наводимого на его электроды при прохождении пучка зар женных частиц.

Однако известные датчики имеют сравнительно низкую чувствительность и недостаточную помехоустойчивость, так как полезный сигнал и помеха от системы импульсного питани  и ВЧ систем лежат в одной и той же временной и частотной области.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и помехоустойчивости датчика .

Дл  этого датчик выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие.

Изобретение по снено чертежами. На фиг. 1 приведена блок-схема датчика и схема одной из возможных конструкций датчика; на фиг. 2 - вариант схемы конструкций выносного и приемного электродов; на фиг. 3 - сечение фиг. 2.

Датчик положени  пучков зар женных частиц содержит выносной возбуждающий электрод 1 пьезорезонатора 2, нагруженного на резистор 3. Резонатор 2 и резистор 3 помещены в электростатический экран 4 и кабелем,5 соединены со входным усилителем 6 схемы регистрации 7. Выносной электрод 1 соединен с приемным электродом 8 резонатора 2, а резистор 3 включен между выходным электродом 9 и экраном 4, к которому подсоединен также общий электрод 10. Однако, в реальных услови х на нроводник, соедин ющий выносной электрод 1 с приемным, может .наводитьс  помеха, котора  будет регистрироватьс  как полезный сигнал. Чтобы этого не случилось , целесообразно конструктивно объединить выносной и приемный электроды резонатора (см. фиг. 2, 3).

В пр моугольной пластине из пьезоактивного материала 11 вырезают отверстие пр моугольной формы. На внутренние поверхности выреза нанос т нриемные электроды 12, 13, 14, 15, частично выход щие на одну из боковых поверхностей, где нанесен также общий

электрод 16 и выходные электроды 17, 18, 19 20, электроды 12, 13, 14, 15  вл ютс  одновременно и выносными и приемными электродами .

Материал пьезорезонатора должен быть пол ризован так, как показано на фиг. 1 и фиг. 3, где вектор пол ризации обозначен буквой Р. Устройство работает следующим образом. Пучок зар женных частиц наводит па приемные электроды 12-15 некоторый потенцнал , который возбуждает в пьезорезонаторе акустические колебани , детектируемые зате.м выходными электродами . Причем возбуждатьс  могут как поверхностные, так и объемные волны. Объемные волны выгодно использовать при низких резопасных частотах (приблизительно до дес тков мегагерц). Трудности изготовлени  хороших резонаторов на объемных волнах при резонансных частотах пор дка сотен мегагерц, а такие частоты необходимы при измерении параметров импульсных пучков протонов в литейных ускорител х, заставл ют перейти к поверхностным волнам, дл  которых достижение таких резонансных частот при хорошей добротности системы значительно проще. При работе с импульными пучками частиц резонатор возбуждаетс  либо на основной частоте, либо на гармониках, а при работе с непрерывными нучками необходимо вводить модул цию по интенсивности пучка на частоте антирезонанса пьезорезонатора . В св зи с тем, что нрнменение резонатора дает выигрыш по чувствительности в Q раз, где Q - механическа  добротность резонатора, котора  в зависимости от примен емого материала, частоты, способа изготовлени , моды колебани  может находитьс  в пределах от 10 до 10.

Необходимый коэффициент модул ции дл  непрерывных пучков может не превышать 1 % от общей интенсивности потока частиц, что часто бывает несущественно дл  проводимых экспериментов. Если сделать глубину модул ций неизменной по абсолютной величине в шириком дианазоне токов, можно добитьс  независимости показаний измерител  от тока без применени  блока делени , что, естественно , упрощает систему и увеличивает точность измерени .

Дальнейщее повышение точности измерений можно достигнуть, использу  в генераторе, модулирующем пучок частиц по интенсивности, дл  задани  частоты тот же самый пьезорезонатор , что и в датчике, снима  сигналы с диаметрально противоположных электродов, например 17-19 и 18-20 (см. фиг. 2), можно реализовать дифференциальную схему измерени , что повышает чувствительность вдвое и существенно улучшает помехоустойчивость устройства. В таком виде датчик может быть использован в элионных установках дл  измерени  положени  луча с погрешностью пор дка единиц микрометров.

Поскольку предложенное устройство по нринципу действи  близко к электростатическим электродам (как в первом, так и во втором случае используетс  зар д, индуктированный пучком зар женных частиц) все критерии и соотношени  дл  выбора оптимальных размеров электродов остаютс  без изменени .

Таким образогл, пользу сь уже известными соотношени ми, можно выбрать оптимальные размеры выносного электрода 1 и онределить чувствительность сигнальных электродов. Размеры ньезорезонатора определ ютс  частотой выбранной гармоники и типом используемых колебаний..

Чувствительность всего устройства в целом будет в Q раз выше, чем у приемных электродов без пьезорезонатора, причем величину добротности Q необходимо определ ть на рабочей частоте и с учетом сонротивлени  резистора 3. Сравнение по чувствительности с другими типами датчиков можно получить, учитыва , что «обычна  величина чувствительности у электростатических электродов 100 мкв/ма-мм, у магнитоиндукционных датчиков 80-120 мкв/ма-мм, СВЧ-резонатррных 800 мкв/.ма-мм.

Материал приемного электрода должен быть проводником, требовани  к которому точно такие, как и к электростатическим электродам .

При резонансных частотах в сотни мегагерц предложенное устройство может заменить сложные и громоздкие резонаторные датчики на протонных ускорител х, что приведеет к значительному уменьшению габаритов датчиков (примерно в 100 раз) и выигрыщу в чувствительности и поме.коустойчивости. Такие резонансные частоты могут быть достигнуты в механических резонаторах на новерхностных валках.

Предмет изобретени 

Датчик положени  пучков зар женных частиц , содержащий приемные электроды, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  чувствительности и помехоустойчивости, он выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие.

«

i / 9

,,-/ х

mu«.

. т V

/7 Jff 12 /5 /4 1B 19 .3

rsr nytm - ча.спш1

. f

Фиг 2