一种用于医用回旋加速器的束流信号测量电路的制作方法

1.本发明涉及一种医用回旋加速器的信号处理电路，尤其涉及一种用于医用回旋加速器的束流信号测量电路，属于医用回旋加速器应用技术领域。


背景技术：

2.医用回旋加速器是指专门为医学应用而设计制造的小型回旋加速器，通常利用被加速至一定能量的负氢粒子打靶产生放射性核素，进而合成用于医学诊断的“放射性显像剂”。束流强度和束流能量是用于表征回旋加速器性能好坏的重要指标，也是影响放射性核素生产的重要参数。束流测量内容包括相空间、发射度、亮度等，而医用回旋加速器对束流的品质要求并不高，以低成本、可靠的方式获取和处理得到可信的束流强度是关键点。
3.对束流信号的采集手段包括法拉第筒、束流探针、测束靶等，对束流信号的处理方式不尽相同，目前大都需要复杂的电学系统进行信号处理，不但成本高昂，且往往对于束流探针、测束靶等测束结构进入回旋加速器加速腔造成测束装置与射频电场产生电容耦合，导致束流信号被射频信号淹没的工况难以处理。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高信噪比且易于实施的用于医用回旋加速器的束流信号测量电路。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种用于医用回旋加速器的束流信号测量电路，包括束流信号处理电路和为所述束流信号处理电路提供直流电源的电源电路，所述束流信号处理电路包括滤波电路、缓冲整形电路、放大电路和阻抗匹配电路，所述滤波电路的信号输入端输入束流信号，所述滤波电路的信号输出端与所述缓冲整形电路的信号输入端连接，所述缓冲整形电路的信号输出端与所述放大电路的信号输入端连接，所述放大电路的信号输出端与所述阻抗匹配电路的信号输入端连接，所述阻抗匹配电路的信号输出端输出信号到上位机。
7.作为优选，为了通过共模滤波电路和rc滤波电路实现更好的滤波效果，所述滤波电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电阻和第一电容，所述第一电感为共模电感，所述第一电感的原边线圈的第一端和副边线圈的第一端为同名端，所述第一电感的原边线圈的第一端和第二端分别与所述束流信号的正极和负极对应连接，所述第一电感的副边线圈的第一端、所述第二电感的第一端和所述第三电感的第一端相互连接，所述第三电感的第二端、所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端相互连接且作为所述滤波电路的信号输出端，所述第二电感的第二端、所述第一电阻的第二端、所述第一电容的第二端和所述第一电感的副边线圈的第二端相互连接并接地。
8.作为优选，为了实现更好的缓冲整形效果，所述缓冲整形电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第二电阻的第一端作为所述缓冲整形电路的信号输入端，所述第二电阻的第二端与所述第一运算放大器的正极
信号输入端连接，所述第三电阻的第一端与所述电源电路的正极输出端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第一运算放大器的正极电源输入端和所述第二运算放大器的正极电源输入端连接，所述第四电阻的第一端与所述电源电路的负极输出端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第一运算放大器的负极电源输入端和所述第二运算放大器的负极电源输入端连接，所述第一运算放大器的信号输出端、所述第一运算放大器的负极信号输入端和所述第五电阻的第一端相互连接，所述第五电阻的第二端与所述第二运算放大器的正极信号输入端连接，所述第二运算放大器的信号输出端和所述第二运算放大器的负极信号输入端相互连接并作为所述缓冲整形电路的信号输出端。
9.作为优选，为了通过反向放大器实现更好的信号放大功能，所述放大电路包括第六电阻、第七电阻、第三运算放大器和第二电容，所述第七电阻为滑动电阻，所述第六电阻的第一端、所述第二电容的第一端和所述第三运算放大器的信号输出端相互连接并作为所述放大电路的信号输入端，所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端、所述第七电阻的滑动端和所述第三运算放大器的负极信号输入端相互连接，所述第三运算放大器的正极信号输入端接地，所述第二电容的第二端和所述第七电阻的第二端相互连接并作为所述放大电路的信号输出端。
10.作为优选，为了实现更好的阻抗匹配功能，所述阻抗匹配电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四运算放大器和第三电容，所述第十电阻的第一端作为所述阻抗匹配电路的信号输入端，所述第十电阻的第二端、所述第四运算放大器的负极信号输入端、所述第八电阻的第一端、所述第九电阻的第一端和所述第三电容的第一端相互连接，所述第四运算放大器的正极信号输入端接地，所述第四运算放大器的信号输出端、所述第三电容的第二端和所述第八电阻的第二端相互连接，所述第九电阻的第二端作为所述阻抗匹配电路的信号输出端。
11.作为优选，为了对电源电路的输出电源实现钳位功能，所述束流信号处理电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的正极、所述第二二极管的负极和所述第二电阻的第一端相互连接，所述第一二极管的负极、所述第四二极管的负极和所述第三电阻的第一端相互连接，所述第二二极管的正极、所述第三二极管的正极和所述第四电阻的第二端相互连接，所述第三二极管的负极、所述第四二极管的正极和所述第九电阻的第一端相互连接。
12.作为优选，为了对交流电源进行更好的滤波并保护电源电路原件且对束流信号处理电路传递过来的射频干扰信号进行消除，所述电源电路包括第四电感、第五电感、第十一电阻、第十二电阻、第四电容、第五电容、第六电容、陶瓷气体放电管、ac-dc电源模块、第一磁珠和第二磁珠，所述第四电感和所述第五电感均为共模电感，所述第十一电阻和所述第十二电阻均为压敏电阻，所述第四电感的原边线圈的第一端和副边线圈的第一端为同名端，所述第五电感的原边线圈的第一端和副边线圈的第一端为同名端，所述第四电感的原边线圈的第一端和第二端分别与交流电源的零线和火线对应连接，所述第四电感的副边线圈的第一端、所述第五电感的原边线圈的第一端、所述第六电容的第一端和所述第十二电阻的第一端相互连接，所述第四电感的副边线圈的第二端、所述第五电感的原边线圈的第二端、所述第十二电阻的第二端和所述第四电容的第一端相互连接，所述第四电容的第二端和所述陶瓷气体放电管的第一端连接并接地，所述陶瓷气体放电管的第二端与所述第十
一电阻的第一端连接，所述第十一电阻的第二端、所述第五电容的第一端、所述第五电感的副边线圈的第二端和所述ac-dc电源模块的火线输入端连接，所述第五电容的第二端、所述第五电感的副边线圈的第一端和所述ac-dc电源模块的零线输入端连接，所述第六电容的第二端与所述ac-dc电源模块的接地输入端连接，所述ac-dc电源模块的正极输出端与所述第一磁珠的第一端连接，所述ac-dc电源模块的负极输出端与所述第二磁珠的第一端连接，所述第一磁珠的第二端和所述第二磁珠的第二端分别作为所述电源电路的正极输出端和负极输出端。
13.作为优选，为了对电源电路的输出电源实现更好的滤波效果，所述电源电路还包括第七电容、第八电容、第九电容和第十电容，所述第七电容和所述第八电容为电解电容，所述ac-dc电源模块的正极输出端、所述第七电容的负极、所述第九电容的第一端和所述第一磁珠的第一端相互连接，所述ac-dc电源模块的负极输出端、所述第八电容的正极、所述第十电容的第一端和所述第二磁珠的第一端相互连接，所述第七电容的正极、所述第九电容的第二端、所述第八电容的负极和所述第十电容的第二端相互连接并接地。
14.本发明的有益效果在于：
15.本发明通过设置特定的束流信号处理电路，以成本较低、易于实施的方式对束流信号进行处理，对束流信号实现效果良好的滤波功能，最终以低成本、可靠的方式得到可信的束流强度，尤其适用于医用回旋加速器；具体优点如下：
16.束流信号处理电路的滤波电路包括共模滤波电路和rc滤波电路两级滤波，并具有吸收尖峰状态的过电压、防止电容的放电电流过大以保护电路房的功能；缓冲整形电路、放大电路和阻抗匹配电路相互配合，将高频次脉冲形式的束流信号处理为有效值不变的直流信号，第三电容与第三运算放大器形成积分器，可以有效防止第三运算放大器放大电压失调并对反馈控制进行积分补偿，通过调整第三电容的大小，可以有效地控制积分器的响应速率；通过调整第七电阻的有效阻值，可以对第三运算放大器的增益进行调整，可以用来校准由前部分电路电阻的不精确产生的累计误差；阻抗匹配电路的第四运算放大器是增益为1的反相放大器，可以实现第三运算放大器与上位机(plc)之间的阻抗过渡，使第三运算放大器相对于后级电路形成恒压源，输出电压不受后级电路阻抗影响；调整第二电阻的大小能够对宽范围内正负束流信号进行处理；电源电路中，ac-dc电源模块前面的元件均采用非极性元器件，可以有效避免因交流电源的火线和零线反接产生电路损坏问题；第十二电阻接于第四电感后面，当输入交流发生过电压时能及时让保险丝熔断，避免使内部组件损坏；第四电容接地，对回旋加速器系统中射频功率源污染电网的干扰信号进行了过滤处理；陶瓷气体放电管接地，对输入交流的突变进行了有效抑制；第一磁珠和第二磁珠能有效地消除束流信号处理系统传递过来的射频干扰信号；ac-dc电源模块的正极输出端和负极输出端与第七电容和第八电容对应连接后接地，能够实现工频滤波。
附图说明
17.图1是本发明所述用于医用回旋加速器的束流信号测量电路的电路框图；
18.图2是本发明所述用于医用回旋加速器的束流信号测量电路的束流信号处理电路的电路图；
19.图3是本发明所述用于医用回旋加速器的束流信号测量电路的电源电路的电路
图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步说明：
21.如图1所示，本发明所述用于医用回旋加速器的束流信号测量电路包括束流信号处理电路和为所述束流信号处理电路提供直流电源的电源电路，所述束流信号处理电路包括滤波电路、缓冲整形电路、放大电路和阻抗匹配电路，所述滤波电路的信号输入端输入束流信号，所述滤波电路的信号输出端与所述缓冲整形电路的信号输入端连接，所述缓冲整形电路的信号输出端与所述放大电路的信号输入端连接，所述放大电路的信号输出端与所述阻抗匹配电路的信号输入端连接，所述阻抗匹配电路的信号输出端输出信号到上位机。
22.如图2所示，为了通过共模滤波电路和rc滤波电路实现更好的滤波效果，所述滤波电路包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电阻r1和第一电容c1，第一电感l1为共模电感，第一电感l1的原边线圈的第一端和副边线圈的第一端为同名端，第一电感l1的原边线圈的第一端和第二端分别与所述束流信号的正极和负极对应连接，第一电感l1的副边线圈的第一端、第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端相互连接，第三电感l3的第二端、第一电阻r1的第一端和第一电容c1的第一端相互连接且作为所述滤波电路的信号输出端，第二电感l2的第二端、第一电阻r1的第二端、第一电容c1的第二端和第一电感l1的副边线圈的第二端相互连接并接地；所述缓冲整形电路包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一运算放大器u1和第二运算放大器u2，第二电阻r2的第一端作为所述缓冲整形电路的信号输入端，第二电阻r2的第二端与第一运算放大器u1的正极信号输入端连接，第三电阻r3的第一端与所述电源电路的正极输出端(即+12v端)连接，第三电阻r3的第二端分别与第一运算放大器u1的正极电源输入端和第二运算放大器u2的正极电源输入端连接，第四电阻r4的第一端与所述电源电路的负极输出端(即-12v端)连接，第四电阻r4的第二端分别与第一运算放大器u1的负极电源输入端和第二运算放大器u2的负极电源输入端连接，第一运算放大器u1的信号输出端、第一运算放大器u1的负极信号输入端和第五电阻r5的第一端相互连接，第五电阻r5的第二端与第二运算放大器u2的正极信号输入端连接，第二运算放大器u2的信号输出端和第二运算放大器u2的负极信号输入端相互连接并作为所述缓冲整形电路的信号输出端；所述放大电路包括第六电阻r6、第七电阻r7、第三运算放大器u3和第二电容c2，第七电阻r7为滑动电阻，第六电阻r6的第一端、第二电容c2的第一端和第三运算放大器u3的信号输出端相互连接并作为所述放大电路的信号输入端，第六电阻r6的第二端、第七电阻r7的第一端、第七电阻r7的滑动端和第三运算放大器u3的负极信号输入端相互连接，第三运算放大器u3的正极信号输入端接地，第二电容c2的第二端和第七电阻r7的第二端相互连接并作为所述放大电路的信号输出端；所述阻抗匹配电路包括第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第四运算放大器u4和第三电容c3，第十电阻r10的第一端作为所述阻抗匹配电路的信号输入端，第十电阻r10的第二端、第四运算放大器u4的负极信号输入端、第八电阻r8的第一端、第九电阻r9的第一端和第三电容c3的第一端相互连接，第四运算放大器u4的正极信号输入端接地，第四运算放大器u4的信号输出端、第三电容c3的第二端和第八电阻r8的第二端相互连接，第九电阻r9的第二端作为所述阻抗匹配电路的信号输出端；所述束流信号处理电路还包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3
和第四二极管d4，第一二极管d1的正极、第二二极管d2的负极和第二电阻r2的第一端相互连接，第一二极管d1的负极、第四二极管d4的负极和第三电阻r3的第一端相互连接，第二二极管d2的正极、第三二极管d3的正极和第四电阻r4的第二端相互连接，第三二极管d3的负极、第四二极管d4的正极和第九电阻r9的第一端相互连接。
23.如图3所示，为了对交流电源进行更好的滤波并保护电源电路原件且对束流信号处理电路传递过来的射频干扰信号进行消除，所述电源电路包括第四电感l4、第五电感l5、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、陶瓷气体放电管gdt1、ac-dc电源模块u5、第一磁珠l7和第二磁珠l6，第四电感l4和第五电感l5均为共模电感，第十一电阻r11和第十二电阻r12均为压敏电阻，第四电感l4的原边线圈的第一端和副边线圈的第一端为同名端，第五电感l5的原边线圈的第一端和副边线圈的第一端为同名端，第四电感l4的原边线圈的第一端和第二端分别与交流电源ac的零线和火线对应连接，第四电感l4的副边线圈的第一端、第五电感l5的原边线圈的第一端、第六电容c6的第一端和第十二电阻r12的第一端相互连接，第四电感l4的副边线圈的第二端、第五电感l5的原边线圈的第二端、第十二电阻r12的第二端和第四电容c4的第一端相互连接，第四电容c4的第二端和陶瓷气体放电管gdt1的第一端连接并接地，陶瓷气体放电管gdt1的第二端与第十一电阻r11的第一端连接，第十一电阻r11的第二端、第五电容c5的第一端、第五电感l5的副边线圈的第二端和ac-dc电源模块u5的火线输入端连接，第五电容c5的第二端、第五电感l5的副边线圈的第一端和ac-dc电源模块u5的零线输入端连接，第六电容c6的第二端与ac-dc电源模块u5的接地输入端连接，ac-dc电源模块u5的正极输出端与第一磁珠l7的第一端连接，ac-dc电源模块u5的负极输出端与第二磁珠l6的第一端连接，第一磁珠l7的第二端和第二磁珠l6的第二端分别作为所述电源电路的正极输出端和负极输出端；作为优选，为了对电源电路的输出电源实现更好的滤波效果，所述电源电路还包括第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10，第七电容c7和第八电容c8为电解电容，ac-dc电源模块u5的正极输出端、第七电容c7的负极、第九电容c9的第一端和第一磁珠l7的第一端相互连接，ac-dc电源模块u5的负极输出端、第八电容c8的正极、第十电容c10的第一端和第二磁珠l6的第一端相互连接，第七电容c7的正极、第九电容c9的第二端、第八电容c8的负极和第十电容c10的第二端相互连接并接地。
24.如图1-图3所示，本发明的基本工作原理如下：电源电路将交流电源进行滤波后转换为12v直流电源，为束流信号处理电路的缓冲整形电路、放大电路和阻抗匹配电路提供直流电源，并在输出直流电源之前对直流电源进行工频滤波和消除射频干扰信号处理；束流信号处理电路中，束流信号首先经过共模滤波和rc滤波两级滤波，然后依次经过缓冲整形电路、放大电路和阻抗匹配电路后送到上位机，缓冲整形电路、放大电路和阻抗匹配电路相互配合，将高频次脉冲形式的束流信号处理为有效值不变的直流信号，第三电容c3与第三运算放大器u3形成积分器，可以有效防止第三运算放大器u3放大电压失调并对反馈控制进行积分补偿，通过调整第三电容c3的大小，可以有效地控制积分器的响应速率；通过调整第七电阻r7的有效阻值，可以对第三运算放大器u3的增益进行调整，可以用来校准由前部分电路电阻的不精确产生的累计误差；阻抗匹配电路的第四运算放大器u4是增益为1的反相放大器，可以实现第三运算放大器u3与上位机(plc)之间的阻抗过渡，使第三运算放大器u3相对于后级电路形成恒压源，输出电压不受后级电路阻抗影响；调整第二电阻r2的大小能
够对宽范围内正负束流信号进行处理。
25.上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。