一种定位超导线圈位置的磁场测量装置及其方法与流程

本发明属于超导回旋加速器技术领域，具体涉及一种定位超导线圈位置的磁场测量装置及其方法。

背景技术：

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。国内已经展开、但暂时还没有完成超导回旋加速器的研制工作。

超导回旋加速器磁场主要由常温主磁铁和超导线圈提供，为了验证超导回旋加速器中的超导线圈的加工质量，需要分析超导线圈的磁场性能，因此需要设计磁场测量系统对超导线圈中心平面及附近的磁场进行测量；同时，测磁过程中可以对超导线圈位置调节功能进行测试，初步研究超导线圈调平和对中的调节方式，为主磁铁到场后与超导线圈的装配打下基础。已有的针对常温回旋加速器线圈的磁场测量装置无法应用于超导回旋加速器的超导线圈的磁场测量。需要针对超导回旋加速器的超导线圈设计相应的磁场测量装置。

技术实现要素：

为了对超导回旋加速器的超导线圈进行磁场性能分析，本发明的目的是提供一种磁场测量装置，能够通过简单的操作获得超导线圈中心平面及附近的磁场数据。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种定位超导线圈位置的磁场测量装置，用于超导回旋加速器的超导线圈的磁场测量，所述超导线圈设置在圆环形的低温恒温器中，其中，包括能够放置在圆环形的所述低温恒温器的圆形中空位置的直径上的支撑臂，设置在所述支撑臂两端的可调支撑杆，设置在所述支撑臂下方、设有测磁霍尔片固定块的测量臂，所述可调支撑杆用于将将所述测量臂调节到所述超导线圈的中心平面上，所述支撑臂用于带动所述测量臂在所述低温恒温器的圆形中空位置中做轴向转动，所述测磁霍尔片固定块中设置能够测量磁场强度的测磁霍尔片，所述测磁霍尔片能够跟随所述测量臂的转动测量所述低温恒温器中的所述超导线圈的径向磁场分布。

进一步，所述测量臂为直线型，所述测量臂上还设置有若干个直线排列的径向测量块，通过手动移动所述径向测量块能够使所述测磁霍尔片固定块在所述测量臂上的不同位置定位，从而获得所述低温恒温器的圆形中空位置各个径向位置的磁场分布。

更进一步，所述径向测量块的长度为50mm，移动与所述测磁霍尔片固定块相邻的所述径向测量块，能够使得所述测磁霍尔片固定块在所述测量臂上移动50mm。

进一步，所述测磁霍尔片固定块上设有测磁霍尔片封装盒，所述测磁霍尔片设置在所述测磁霍尔片封装盒中，所述测磁霍尔片封装盒下方设置若干个轴向测量块，通过手动增加或减少所述轴向测量块能够使所述测磁霍尔片封装盒上升或下降，从而使得所述测磁霍尔片能够在所述低温恒温器的圆形中空位置的轴向上的不同位置定位。

更进一步，所述轴向测量块的厚度为1mm。

进一步，所述低温恒温器上端面的内圈设有台阶圆，所述支撑臂通过所述台阶圆放置在所述低温恒温器的圆形中空位置的直径上；所述低温恒温器上端面周向均匀设置有若干个周向定位孔，用于所述支撑臂在所述低温恒温器的圆形中空位置轴向旋转的定位。

为达到以上目的，本发明还公开了采用以上所述磁场测量装置的一种定位超导线圈位置的磁场测量方法，用于测量位于所述低温恒温器中的所述超导线圈的中心平面的磁场分布数据，包括以下步骤：

步骤(S1)，将所述磁场测量装置设置在所述低温恒温器的圆形中空位置上，通过调整所述可调支撑杆，使所述测量臂位于所述超导线圈的中心平面上；

步骤(S2)，移动所述测磁霍尔片固定块以及与其相邻的所述径向测量块，使所述测磁霍尔片固定块调整到所述测量臂上的某一位置；记录该位置的坐标，测量并记录该位置的磁场强度，将所述坐标、磁场强度对应保存；

步骤(S3)，旋转所述支撑臂带动所述测量臂沿所述低温恒温器的轴向旋转360度，依照所述周向定位孔的定位，每间隔5度，记录所在位置的坐标，测量并记录所在位置的磁场强度，将所述坐标、磁场强度对应保存；

步骤(S4)，重复步骤(S2)、步骤(S3)，每次对所述测磁霍尔片固定块在所述测量臂上的位置的调整距离为50mm，完成对所述中心平面的不同径向位置的周向测磁，从而获得位于所述低温恒温器中的所述超导线圈的所述中心平面的磁场分布数据。

为达到以上目的，本发明还公开了采用以上所述磁场测量装置的一种定位超导线圈位置的磁场测量方法，用于获得位于所述低温恒温器中的所述超导线圈的轴线方向上的所有需要测量的磁场分布数据，包括如下步骤：

步骤(S1)，将所述磁场测量装置设置在所述低温恒温器的圆形中空位置上；

步骤(S2)，移动所述测磁霍尔片固定块以及与其相邻的所述径向测量块，使所述测磁霍尔片固定块固定在所述圆形中空位置的中心轴线位置；记录该位置的坐标，测量并记录该位置的磁场强度，将所述坐标、磁场强度对应保存；

步骤(S3)，持续增加或减少所述轴向测量块，每次增加或减少所述轴向测量块的同时记录相应位置的坐标，测量并记录相应位置的磁场强度，将所述坐标、磁场强度对应保存，从而获得位于所述低温恒温器中的所述超导线圈的轴线方向上的磁场分布数据；

步骤(S4)，移动所述测磁霍尔片固定块以及与其相邻的所述径向测量块，使所述测磁霍尔片固定块调整到所述测量臂上的下一个径向位置，重复步骤(S3)，从而获得位于所述低温恒温器中的所述超导线圈的另一根轴线方向上的磁场分布数据；

步骤(S5)，重复步骤(S4)，从而获得位于所述低温恒温器中的所述超导线圈的轴线方向上的所有需要测量的磁场分布数据。

本发明的有益效果在于：

1.采用统一规格的轴向测量块、径向测量块和低温恒温器上的已有周向定位孔进行定位，操作简单方便。

2.造价低廉。

3.能够满足对超导线圈进行磁场性能分析的精度要求。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述低温恒温器的示意图；

图2是本发明具体实施方式中设置在所述低温恒温器上的所述定位超导线圈位置的磁场测量装置的侧视图；

图3是本发明具体实施方式中设置在所述测量臂上的所述测磁霍尔片固定块、径向测量块的示意图；

图4是本发明具体实施方式中所述测磁霍尔片固定块的结构图；

图5是本发明具体实施方式中设置在所述低温恒温器上的所述定位超导线圈位置的磁场测量装置的俯视图；

图中：1-支撑臂，2-可调支撑杆，3-低温恒温器，4-测磁霍尔片固定块，5-测磁霍尔片封装盒，6-测磁霍尔片，7-轴向测量块，8-径向测量块，9-测量臂，10-周向定位孔，11-中心平面，12-轴线方向，13-台阶圆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明提供的一种定位超导线圈位置的磁场测量装置，用于超导回旋加速器的超导线圈的磁场测量，超导线圈设置在圆环形的低温恒温器3中，其中，包括能够放置在圆环形的低温恒温器3的圆形中空位置的直径上的支撑臂1，设置在支撑臂1两端的可调支撑杆2，设置在支撑臂1下方、设有测磁霍尔片固定块4的测量臂9，可调支撑杆2用于将将测量臂9调节到超导线圈的中心平面11上，支撑臂1用于带动测量臂9在低温恒温器3的圆形中空位置中做轴向转动，测磁霍尔片固定块4中设置能够测量磁场强度的测磁霍尔片6，测磁霍尔片6能够跟随测量臂9的转动测量低温恒温器3中的超导线圈的径向磁场分布。

如图2所示，测量臂9为直线型，测量臂9上还设置有若干个直线排列的径向测量块8，通过手动移动径向测量块8能够使测磁霍尔片固定块4在测量臂9上的不同位置定位，从而使得测磁霍尔片6能够测量低温恒温器3的圆形中空位置各个径向位置的磁场强度，获得相应的磁场分布。

径向测量块8的长度为50mm，移动与测磁霍尔片固定块4相邻的径向测量块8，能够使得测磁霍尔片固定块4在测量臂9上移动50mm。

如图3所示，测磁霍尔片固定块4上设有测磁霍尔片封装盒5，测磁霍尔片6设置在测磁霍尔片封装盒5中，测磁霍尔片固定块4上还包括若干个轴向测量块7，轴向测量块7层叠设置在测磁霍尔片封装盒5底部，通过手动增加或减少轴向测量块7能够使测磁霍尔片固定块4上的测磁霍尔片封装盒5上下移动并定位，从而使得测磁霍尔片6能够在低温恒温器3的圆形中空位置的轴向上的不同位置定位。其中，轴向测量块7的厚度为1mm，每增加或减少一块轴向测量块7，测磁霍尔片6的位置在轴向上就发生1mm的上升或下降。

如图4所示，低温恒温器3上端面的内圈设有台阶圆13，支撑臂1通过台阶圆13放置在低温恒温器3的圆形中空位置的直径上；低温恒温器3上端面周向均匀设置有若干个周向定位孔10，用于支撑臂1在低温恒温器3的圆形中空位置轴向旋转的定位。在本实施例中，周向定位孔10共有36个。

本发明还公开了采用以上所述磁场测量装置的一种定位超导线圈位置的磁场测量方法，用于测量位于低温恒温器3中的超导线圈的中心平面11的磁场分布数据，包括以下步骤：

步骤S1，将磁场测量装置设置在低温恒温器3的圆形中空位置上，通过调整可调支撑杆2，使测量臂9位于超导线圈的中心平面11上；

步骤S2，移动测磁霍尔片固定块4以及与其相邻的径向测量块8，使测磁霍尔片固定块4固定在测量臂9上的某一位置；记录该位置的坐标，记录测磁霍尔片6测量的该位置的磁场强度，将坐标、磁场强度对应保存；

步骤S3，旋转支撑臂1带动测量臂9沿低温恒温器3的轴向旋转360度，依照周向定位孔10的定位，每间隔5度，记录所在位置的坐标，测量并记录所在位置的磁场强度，将坐标、磁场强度对应保存；(360度旋转后，完成一个径向位置的周向测磁)

步骤S4，，重复步骤(S2)、步骤(S3)，每次对测磁霍尔片固定块4在测量臂9上的位置的调整距离为50mm，完成对中心平面11的不同径向位置的周向测磁，从而获得位于低温恒温器3中的超导线圈的中心平面11的磁场分布数据。

本发明还公开了采用以上所述磁场测量装置的一种定位超导线圈位置的磁场测量方法，用于获得位于低温恒温器3中的超导线圈的轴线方向12上的所有需要测量的磁场分布数据，包括如下步骤：

步骤S1，将磁场测量装置设置在低温恒温器3的圆形中空位置上；

步骤S2，移动测磁霍尔片固定块4以及与其相邻的径向测量块8，使测磁霍尔片固定块4固定在圆形中空位置的中心轴线位置；记录该位置的坐标，记录测磁霍尔片6测量的该位置的磁场强度，将该位置的坐标、磁场强度对应保存；

步骤S3，持续增加或减少轴向测量块7，每次增加或减少轴向测量块7的同时记录相应位置的坐标，记录测磁霍尔片6测量的相应位置的磁场强度，将坐标、磁场强度对应保存，从而获得位于低温恒温器3中的超导线圈的轴线方向12上的磁场分布数据；(具体的做法是，增加一块轴向测量块7，测磁霍尔片封装盒5在轴向上增高1mm，记录这个位置的位置坐标，记录测磁霍尔片6测量的这个位置的磁场强度；然后再增加一块轴向测量块7，测磁霍尔片封装盒5在轴向上再增高1mm，再次记录新位置的位置坐标和新位置的磁场强度，如此重复，减少轴向测量块7的操作与增加轴向测量块7的操作一致。如此操作能够就能够测量一根轴线方向12上的磁场分布数据)

步骤S4，移动测磁霍尔片固定块4以及与其相邻的径向测量块8，使测磁霍尔片固定块4调整到测量臂9上的下一个径向位置，重复步骤S3，从而获得位于低温恒温器3中的超导线圈的另一根轴线方向12上的磁场分布数据；

步骤S5，重复步骤S4，从而获得位于低温恒温器3中的超导线圈的轴线方向12上的所有需要测量的磁场分布数据。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。