磁场中心误差的矫正方法及装置、设备及存储介质与流程

本公开涉及加速器技术领域，例如涉及一种磁场中心误差的矫正方法及装置、设备及存储介质。

背景技术

对于同步加速器，尤其是小型同步加速器，二级磁铁的磁场中心误差越小，束流的稳定性越好。同步加速器的安装顺序通常是直接准直安装二级磁铁，然后通过矫正磁铁来矫正二级磁铁、四级磁铁等磁铁的磁场中心误差。而矫正磁铁的数量和大小通常与磁场中心误差的大小有关，即初始安装阶段的二级磁铁的磁场中心误差越大，轨道振荡越大，那么矫正磁铁和束流管道的尺寸也就越大，而束流管道尺寸的变大会直接抬高所有环上部件的价格和体积，使整个加速器的造价大大上升，总体体积也会变大。

因此，要减少同步加速器的体积和保证束流的稳定性，需要保证二级磁铁的磁场中心误差在可接受的误差范围内。由于磁场中心和磁铁的几何中心有一个相对偏差，即使使用激光准直系统进行二级磁铁的安装，也无法保证其磁场中心的安装误差在可接受的误差范围内。而且，由于二级磁铁的体积通常很大，如果每个测量点的测量时间是1s，要达到0.1mm的磁场中心测量精度，测量时间得需要几百年，所以相关技术仅测量几个平面或者几条轨迹上的磁场来估算出磁场中心，无法精确地测出二级磁铁的磁场中心，那么根据估算出的磁场中心对磁场中心进行矫正，注定无法保证二级磁铁在初始安装阶段具有较小的磁场中心误差。

综上所述，相关技术无法保证二级磁铁在初始安装阶段具有较低的磁场中心误差。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种磁场中心误差的矫正方法、装置、设备及存储介质，以减小相关技术的同步加速器的磁铁在初始安装阶段的磁场中心误差。

本申请实施例提供了一种磁场中心误差的矫正方法，包括：

获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，所述当前束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，所述参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置；

根据所述当前束流位置参数调节所述磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，所述磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于所述预设磁场中心位置的偏差。

在一实施例中，所述获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数之前，还包括：

确定磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系；

所述根据所述当前束流位置参数调节所述磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，包括：

基于所述磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系，根据所述当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

在一实施例中，所述确定磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系，包括：

基于机器学习建立关于磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间对应关系的已训练的物理模型；

所述根据所述当前束流位置参数调节所述磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，包括：

将所获取的所述当前束流位置参数输入已训练的所述物理模型；

根据已训练的所述物理模型输出的磁铁位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

在一实施例中，所述磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系包括：

磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数与磁铁的磁场中心误差之间的关系，以及所述磁铁位置参数与磁铁的磁场中心误差之间的关系。

在一实施例中，所述根据所述当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，包括：

基于磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数与所述磁铁的磁场中心误差之间的关系，根据所述当前束流位置参数确定磁铁磁场中心误差；或者，

基于所述磁铁位置参数与所述磁铁的磁场中心误差之间的关系，根据所述磁铁磁场中心误差确定目标磁铁位置参数，并将所述磁铁位置调节至所述目标磁铁位置参数。

在一实施例中，所述磁铁为同步加速器的二级磁铁。

本申请实施例还提供了一种磁场中心误差的矫正装置，包括：

束流位置参数获取模块，设置为获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，所述当前束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，所述参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置；

调节模块，设置为根据所述当前束流位置参数调节所述磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，所述磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于所述预设磁场中心位置的偏差。

本申请实施例还提供了一种设备，所述设备包括：

至少一个处理器；

存储装置，设置为存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如第一方面所述的磁场中心误差的矫正方法。

本申请实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时设置为执行如第一方面所述的磁场中心误差的矫正方法。

本实施例提供的磁场中心误差的矫正方法的技术方案，获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置；根据当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于预设磁场中心位置的偏差，通过当前束流位置参数反推二级磁铁的磁场中心误差并确定目标磁铁位置参数，那么将磁铁位置参数调节至目标磁铁位置参数，则使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值；那么由于二级磁铁具有较小的磁场中心误差，则使同步加速器的轨道振荡幅度在预设范围内，从而有利于加速器的小型化，以及使加速器具有较高的束流质量。

附图概述

图1是本申请一实施例提供的磁场中心误差的矫正方法的流程图；

图2是本申请另一实施例提供的磁场中心误差的矫正方法的流程图；

图3是本申请一实施例提供的调节支架的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的磁场中心误差的矫正装置的结构框图；

图5是本申请一实施例提供的设备的结构示意图。

具体实施方式

图1是本申请一实施例提供的磁场中心误差的矫正方法的流程图。本实施例的技术方案适用于矫正磁铁的磁场中心误差的情况，例如适应于矫正同步加速器的二级磁铁在初始安装阶段的磁场中心误差的情况。该方法可以由本申请实施例提供的磁场中心误差的矫正装置来执行，该装置可以采用软件和硬件中的至少一种的方式实现，并配置在处理器中应用。该方法包括如下步骤s101至s102。

在s101中，获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数。

在一实施例中，当前束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置。

本实施例以同步加速器的二级磁铁的磁场中心误差矫正为例进行说明。在同步加速器中，二级磁铁用于对粒子束进行偏转，由于多个二级磁铁的磁场的作用，使大量的粒子束流在同步环沿预设轨迹运动。因此对于同步加速器，特别是小型同步加速器，为了使其在小型化的同时还保证粒子束流能够稳定地运动、加速，通常要求二级磁铁的磁场中心误差在可接受的预设误差阈值范围内，否则粒子束流会在同步环上出现明显的轨道振荡。为了抑制轨道振荡，需要在后期安装过程中，通过大量的校正磁铁对磁场中心误差进行矫正。而且轨道振荡越明显，矫正磁铁和束流管道的尺寸也就越大，而束流管道尺寸的变大会直接抬高所有环上部件的价格和体积，使整个加速器的造价大大上升，总体体积也会变大。

其中，粒子束流为相关技术中可通过同步加速器进行加速的粒子束流，比如质子束流等。本实施例下文以束流作为粒子束流的统称。

由于同步加速器的二级磁铁的作用是对束流进行偏转，因此对于给定的二级磁铁，束流的偏转轨迹与二级磁铁的磁场中心位置有关。也就是说，可以根据束流轨迹来反推二级磁铁的磁场中心位置。为了提高磁场中心误差的校正速度，本实施例以预设束流位置的束流位置参数来进行磁场中心误差校正。其中，预设束流位置为加速器轨道的某一个截面范围或是某一体积范围。实际使用时可以根据具体情况来确定预设束流位置，再获取经二级磁铁偏转作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数。

其中，当前束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置。当参考束流位置参数为原点位置时，束流位置参数为实际束流位置参数。本实施例中的束流位置参数可通过相关技术的束流位置检测装置获取，本实施例对此不予限定。

其中，预设磁场中心位置可以是二级磁铁当前位置状态下的几何中心位置，也可以是根据相关技术估算出来的磁场中心位置，也可以是用户所期望的磁场中心位置等。实际使用时，可以根据具体情况确定。另外，为了提高磁场中心误差的矫正速度，可以将当前磁铁位置参数设置为起始数据，比如将当前磁铁位置参数均置零。

在s102中，根据当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

在一实施例中，磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于预设磁场中心位置的偏差。

当获取到经磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数后，即可根据当前束流位置参数确定磁铁的磁场中心误差，然后根据磁场中心误差确定磁铁的目标位置参数，然后将磁铁调节至目标位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

本实施例提供的磁场中心误差的矫正方法，获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置；根据当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于预设磁场中心位置的偏差。通过当前束流位置参数反推二级磁铁的磁场中心误差并确定目标磁铁位置参数，那么将磁铁位置参数调节至目标磁铁位置参数，则使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值；那么由于二级磁铁具有较小的磁场中心误差，则使同步加速器的轨道振荡幅度在预设范围内，从而有利于加速器的小型化，以及使加速器具有较高的束流质量。

图2是本申请另一实施例提供的磁场中心误差的矫正方法的流程图。如图2所示，该方法包括s100至s102。

在s100中，确定磁铁位置参数与磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系。

要通过束流位置参数来矫正磁铁位置参数，通常需要先确定磁铁的磁铁位置参数以及该磁铁所偏转的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的对应关系。

在一实施例中，关于磁铁位置参数与束流位置参数之间对应关系的建立，可以基于机器学习建立关于束流位置参数与磁铁位置参数的物理模型。该物理模型的建立过程可以是：获取标准二级磁铁的样本数据，样本数据包括预设数量的磁场中心误差，以及在每个磁场中心误差下所采集的磁铁位置参数，以及每个磁铁位置参数对应的束流位置参数；然后将样本数据分成训练集样本数据与校正集样本数据。通过训练集样本数据训练该物理模型，建立磁铁位置参数与束流位置参数的对应关系，从而使该物理模型可以在输入束流位置参数时，输出磁铁的目标位置参数或是调节目标参数，其中，调节目标参数为当前磁铁需要调节的位置偏移量。在另一实施例中，该物理模型还输出所输入的束流位置参数对应的二级磁铁的磁场中心误差。为了提高该物理模型的稳健性，通过校正集样本数据对该物理模型进行校正，生成已训练的物理模型。该物理模型使用时，磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，即可输出磁铁的目标位置参数或是调节目标参数。

在一实施例中，本实施例中的标准二级磁铁为通过标准测量手段已确定其磁场中心误差的二级磁铁，其中，标准测量手段为测量精度符合预设精度要求的测量手段。

在一实施例中，关于磁铁位置参数与束流位置参数之间对应关系的建立，可以先确定束流位置参数与磁场中心误差之间的对应关系，以及磁场中心误差与磁铁位置参数的对应关系，然后根据前述两个对应关系，确定束流位置参数与磁铁位置参数的对应关系。

在s101中，获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数。

在s102中，基于磁铁位置参数与磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系，根据当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

磁铁位置参数与束流位置参数之间的关系确定后，即可基于磁铁位置参数与束流位置参数之间的关系，根据当前束流位置参数确定目标磁铁位置参数，将二级磁铁调节至目标磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

当磁铁位置参数与束流位置参数之间的关系通过已训练的物理模型来体现时，将所获取的当前束流位置参数输入已训练的物理模型；根据已训练的物理模型输出的磁铁位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

当磁铁位置参数与束流位置参数之间对应关系，通过束流位置参数与磁场中心误差之间的对应关系以及磁场中心误差与磁铁位置参数之间的对应关系来体现时，基于束流位置参数与磁铁的磁场中心误差之间的关系，根据当前束流位置参数确定磁铁磁场中心误差；基于磁铁位置参数与磁铁的磁场中心误差之间的关系，根据磁铁磁场中心误差确定目标磁铁位置参数，并将磁铁位置调节至目标磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

图3是本申请一实施例提供的调节支架的结构示意图。如图3所示，由于同步加速器的二级磁铁通常固定在一个安装支架上，该安装支架通常包括底座21，以及设于底座21上的多个第一连接部211，且该第一连接部211设置有高度调节机构2111。二级磁铁22通过连接机构222固定于安装板221上，连接结构222可选择截面为“l”型或“[”型的连接板。安装板221在朝向安装支架的一侧设置有第二连接部2211，且第一连接部211和第二连接部2211可固定连接在一起。因此，当二级磁铁22的第二连接部2211与安装支架的第一连接部211固定连接后，可以通过调节某一个或某几个第一连接部211的高度调节机构2111来调节二级磁铁22的位置参数。

其中，第一连接部和第二连接部的数量至少为4，实际使用时可根据具体情况，比如所期望的二级磁铁的磁场中心误差的精度设置增加第一连接部以及第二连接部的数量，比如7个等。

在一实施例中，为了提高二级磁铁位置调节的便利性和精度，本实施例的安装支架还包括自动调节机构212。自动调节机构212与第一连接部211、第二连接部2211配合使用，以调节二级磁铁22的位置参数。其中，自动调节机构212为相关技术中能够实现自动调节第二连接部顶端位置参数的装置，即调节二级磁铁的位置参数的装置，比如步进电机与凸轮的组合等。

在一实施例中，当束流位置参数与二级磁铁的磁铁位置参数之间的对应关系通过物理模型来体现时，该物理模型在输出目标磁铁位置参数的同时，还输出目标磁铁位置参数的调节方法，比如需要调节编号为1的第一连接部升高第一高度，同时调节编号为2的第一连接部升高第二高度。如此以来，根据目标磁铁位置参数的调节方法即可将二级磁铁调节至目标磁铁位置。

在一实施例中，该物理模型设于控制机构上，该控制机构连接安装支架的自动调节机构212，控制机构根据该物理模型输出的目标磁铁位置参数的调节方法，控制自动调节机构工作，从而将二级磁铁自动调节至目标磁铁位置。

本实施例提供的磁场中心误差的矫正方法，先确定磁铁位置参数与束流位置参数之间的对应关系，然后根据所确定的磁铁位置参数与束流位置参数之间的对应关系以及当前束流位置参数，确定目标磁铁位置参数，再将磁铁调节至目标位置参数，实现了通过束流位置参数的因变量反推位置参数的自变量，相较于相关技术通过有限的点、线、面的磁场来估算磁场中心误差具有更高的准确性，有利于提高二级磁铁初始安装时的磁场中心位置的准确性，从而使同步加速器具有较小的轨道振荡，有利于加速器的小型化和提高束流质量。

图4是本申请一实施例提供的磁场中心误差的矫正装置的结构框图。该装置用于执行上述任意实施例所提供的磁场中心误差的矫正方法，该装置可选为软件或硬件实现。该装置包括：

束流位置参数获取模块11，设置为获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，所述当前束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，所述参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置。

调节模块12，设置为根据所述当前束流位置参数调节所述磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，所述磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于所述预设磁场中心位置的偏差。

本实施例提供的磁场中心误差的矫正装置，获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置；根据当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于预设磁场中心位置的偏差，通过当前束流位置参数反推二级磁铁的磁场中心误差并确定目标磁铁位置参数，那么将磁铁位置参数调节至目标磁铁位置参数，则使磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值；那么由于二级磁铁具有较小的磁场中心误差，则使同步加速器的轨道振荡幅度在预设范围内，从而有利于加速器的小型化，以及使加速器具有较高的束流质量。

在一实施例中，还包括：确定模块。

所述确定模块设置为：在所述获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数之前，确定磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系；

且调节模块还设置为：

基于所述磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间的关系，根据所述当前束流位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

在一实施例中，确定模块还设置为：

基于机器学习建立关于磁铁位置参数与所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数之间对应关系的已训练的物理模型；

且调节模块还设置为：

将所获取的所述当前束流位置参数输入已训练的所述物理模型；根据已训练的所述物理模型输出的磁铁位置参数调节磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值。

在一实施例中，确定模块还设置为：所述磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数与磁铁的磁场中心误差之间的关系，以及所述磁铁位置参数与磁铁的磁场中心误差之间的关系。

在一实施例中，所述调节模块还设置为：

基于磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的束流位置参数与所述磁铁的磁场中心误差之间的关系，根据所述当前束流位置参数确定磁铁磁场中心误差；或者，

基于所述磁铁位置参数与所述磁铁的磁场中心误差之间的关系，根据所述磁铁磁场中心误差确定目标磁铁位置参数，并将所述磁铁位置调节至所述目标磁铁位置参数。

在一实施例中，所述磁铁为同步加速器的二级磁铁。本申请实施例所提供的磁场中心误差的矫正装置可执行本申请任意实施例所提供的磁场中心误差的矫正方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

图5为本申请一实施例提供的设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括处理器201、存储器202、输入装置203以及输出装置204。设备中处理器201的数量可以是至少一个，图5中以一个处理器201为例；设备中的处理器201、存储器202、输入装置203以及输出装置204可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器202作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的磁场中心误差的矫正方法对应的程序指令/模块(例如，束流位置参数获取模块11和调节模块12)。处理器201通过运行存储在存储器202中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的磁场中心误差的矫正方法。

存储器202可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器202可包括相对于处理器201远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置203可设置为接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

输出装置204可包括显示屏等显示设备，例如，用户终端的显示屏。

本申请一实施例提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时设置为执行一种磁场中心误差的矫正方法，该方法包括：

获取磁铁的磁场作用后的束流在预设束流位置的当前束流位置参数，其中，所述当前束流位置参数为实际束流位置参数相对于参考束流位置参数的偏移量，所述参考束流位置参数对应于预设磁场中心位置；

根据所述当前束流位置参数调节所述磁铁的磁铁位置参数，以使所述磁铁的磁场中心误差小于预设误差阈值，其中，所述磁场中心误差为实际磁场中心位置相对于所述预设磁场中心位置的偏差。

当然，本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本申请任意实施例所提供的磁场中心误差的矫正方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的磁场中心误差的矫正方法。

值得注意的是，上述磁场中心误差的矫正装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

工业实用性

本申请实施例提供了一种磁场中心误差的矫正方法及装置、设备及存储介质，解决了相关技术的同步加速器的磁铁在初始安装阶段的磁场中心误差较大的技术问题，达到了减小相关技术的同步加速器的磁铁在初始安装阶段的磁场中心误差的技术效果。