专利名称：电子直线加速器束流信号监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子直线加速器束流信号监测装置。
背景技术：
电子直线加速器发射的电子束流大小即束流值是电子直线加速器运行的一项重 要指标。电子直线加速器的束流值大小直接影响加速器的辐照剂量大小。在加速器调试过 程中，加速器的束流值也是安装调试时进行各项实验的一个重要参考指标。电子直线加速器一般配有束流检测系统和相应的束流信号处理和监测的装置。束 流检测系统将检测的束流信号放大后输出到束流信号的处理和监测装置中，以实现束流大 小的实时监测和实时反馈控制。电子直线加速器的束流检测系统分为两类直接式和间接式。传统的束流监测方 法是直接式，比如水箱法，利用电子束流打进水箱测量水箱收集的电流大小的办法来监测 加速器放出的电子束流的大小。类似的方法还有铝条法，剂量计法等。它们普遍存在的缺 点就是要额外在辐照床上安装装置。比如水箱法，需要测束流值时要安装水箱，等到加速器 调试结束开始正常作业后就要拆掉水箱。直接法还要操作人员经常到扫描窗下作业，既不 方便，也对操作人员的人身安全构成隐患。间接式的方法主要是通过在加速管外围布置传 感器获取输出束流的大小。常用的传感器有铁氧体束流感应圈，壁电流探测器等，配以相应 的前置放大器，作为电子直线加速器的束流检测系统，输出脉冲电压信号以备处理、监测。然而，电子直线加速器中束流检测系统的束流感应圈产生的脉冲电压信号幅值很 小，必须经过前置放大器放大后才能传输或观察。电子直线加速器往往工作在脉冲峰值电 流较大、束流占空比较小的情况，现有的束流积分器电路将进入非线性的限幅状态。同时积 分电路在微秒级脉宽期间所得到的少量电荷，在较长的脉冲间隔期间将会泄露完毕或备噪 声所淹没。所以，利用间接法实时进行束流信号的处理和监测一直是个技术性难题，比如中 国专利CN2012^407Y中提到的电子加速器电子束流测量装置只是通过示波器观察波形和 束流值，没有一个直观的数字显示器显示束流值。
发明内容
基于以上这些不足，本发明提供一种电子直线加速器束流信号处理和监测装置。 本发明涉及的电子直线加速器利用铁氧体束流感应圈配以前置放大器作为加速器的束流 检测系统，是一种间接法的束流检测系统。本发明正是利用这一束流检测系统提供的脉冲 电压信号进行束流信号的处理和监测的。本发明的装置来实现电子直线加速器束流值显示 的实时性和准确性、方便性。本发明是这样实现的一种电子直线加速器束流信号监测装置，包括脉冲束流后置放大器5、束流积分 放大器6和束流监测系统7三部分组成。这三部分均安装在电子直线加速器控制机柜的 “束流监控模块” 11内。
电子直线加速器的束流检测系统3输出的脉冲束流信号通过一个变压器Tl接于 “束流监控模块”的脉冲束流后置放大器5的输入端，脉冲束流后置放大器5输出端输出二 路信号一路接于示波器8上可观察脉冲束流后置放大器5放大后的脉冲束流信号的波形， 另一路送束流积分放大器6负输入端得到正比于束流强度的直流电压信号。信号通过运算 放大器TO组成的反相跟随器和运算放大器TO组成的反相放大器进行了放大之后，得到直 流电压信号rtd+和Bd-，输入束流监测系统PLC中。同时同步脉冲信号输入到束流监测系 统中的PLC，通过PLC计数得到加速器重复频率，该频率值与束流数字量计算得到束流平均 值。此束流平均值最终通过数字表显示束流值大小。脉冲束流后置放大器5由运算放大器Ul组成的反相器和运算放大器U2组成的反 相放大器两部分组成。电子直线加速器的束流检测系统3输出的微弱的脉冲束流信号接在 一个变压器Tl上，变压器Tl的次级绕组一端接于运算放大器Ul的负输入端，另一端接地。 运算放大器Ul的正输入端串联一个电阻R5后接地。运算放大器Ul的输出端通过一个电 容Cl接于运算放大器U2的负输入端，U2正输入端串联一个电阻R9后接地。束流积分放大器6由一个积分运算放大器U3和一个脉冲选通器Xl，一个运算放大 器U4组成的同相放大器组成。运算放大器U2的输出端通过一个电容C2后同时接于积分 运算放大器U3的负输入端和脉冲选通器Xl的输入端。积分运算放大器U3的正输入端串 连一个电阻RlO后接地。积分运算放大器U3的输出端接于运算放大器U4的正输入端，运 算放大器U4的负输入端串连一个电阻R12后接地。本部分需要一个外部信号来自调制器 的同步脉冲信号9，接于脉冲选通器Xl的一个输入端，用于控制积分放大器U3的放电。运 算放大器U3的积分电容C3与脉冲选通器Xl并联。束流监测系统7包括PLC、前置放大电路和数字表；主要核心部件是可编程控制器 PLC，其前置放大电路由一个运算放大器TO组成的反相跟随器和一个运算放大器TO组成的 反相放大器组成，后置电路为数字表10组成。运算放大器U4的输出端接于运算放大器TO 的负输入端，运算放大器U5的正输入端串连一个电阻后接地，运算放大器的输出端通过一 个电阻接于运算放大器U6的负输入端。运算放大器TO的正输入端串连一个电阻后接地。 运算放大器U6的输出信号输入到PLC中。本发明需要来自调制器的同步脉冲信号同步脉冲信号用来控制束流积分放大器中脉冲选通器的通断，从而控制积分放大 器的放电过程，这样，束流积分放大器将束流脉冲信号转换为正比于束流强度的直流电压 信号，此直流电压信号送至束流监测系统中的PLC，经ADC转换为数字量；同时，同步脉冲信号还输入到束流监测系统中的PLC，通过PLC计数得到加速器重 复频率，该频率值与束流数字量计算得到束流平均值，此束流平均值最终通过数字表显示 束流值大小。该束流信号处理和监测装置的特点是本装置是利用直接式束流检测系统提供的 信号进行束流信号处理和监测的，避免了直接式束流检测系统使用上不便；该装置安装在 距离束流检测系统较远的控制大厅里面的控制机柜内，避免了束流检测系统所在区域附近 强烈的电磁波干扰；脉冲后置放大器输出的一路信号接于示波器上，可方便的观察加速器 的束流脉冲波形；束流积分放大器的使用实现了将脉冲峰值电流大、束流占空比极小的束 流脉冲信号转换为较简单、容易处理的、正比于束流强度的直流电压信号；束流检测系统将束流大小方便直观的显示在数字表上。该装置与现有技术相比，使用方便，容易操作，稳定 性更好。
图1是已有技术组成的电子直线加速器束流信号处理和监测装置原理示意图；图2是脉冲束流后置放大器和束流积分放大器的电路简图；图3是束流监测系统的电路简图；图4是示波器显示脉冲束流信号图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本技术方案作进一步说明。首先如图1，它是本装置工作的一个原理图。由安装在电子直线加速器加速管4外 的加速器的束流检测系统3测得脉冲束流信号。本装置位于控制机柜“束流监测模块” 11内，包括脉冲束流后置放大器5、束流积 分放大器6和束流监测系统7。束流后置放大器5将前置放大器2送来的脉冲信号继续放大后，输出二路信号一 路可以供示波器8观察波形，另一路送束流积分放大器6积分得到正比于束流强度的直流 电压信号，再输出到束流监测系统7显示束流大小，数值大小可在数字表10中读出。其中，需要一个外部信号调制器同步脉冲信号9，同步脉冲信号有两个作用，作 用一用于控制束流积分放大器6的放电。作用二输入到PLC作为脉冲束流的频率。图2是脉冲束流后置放大器5和束流积分放大器6的电路简图。如图所示，IP+和 IP-是前置放大器2送过来的束流脉冲信号。经变压器Tl输入到脉冲束流后置放大器5。 其中，脉冲束流后置放大器5由一个运算放大器Ul组成的反相器和一个运算放大器U2组 成的反相放大器两部分组成。运算放大器Ul和U2均由正负12V直流电源供电。C1、C2是 耦合电容。束流积分放大器6由一个积分运算放大器U3和一个脉冲选通器XI，一个同相运 算放大器U4组成，最后输出直流电压信号rt+、Ib-0其中，调制器同步脉冲信号9接于脉 冲选通器Xl的输入端，控制脉冲选通器Xl的通断。Sl是脉冲选通器Xl内部的开关。R1、 R2是取样电阻，R3 R12为电阻，是为了保证运算放大器的正常工作而设置的。图3是束流监测系统7前置放大电路的电路简图。如图所示，束流积分放大器6输 出的直流电压信号Ib+和Ib-输入到束流监测系统7前置放大电路中。束流监测系统前置 放大电路由一个运算放大器U5组成的反相跟随器和一个运算放大器TO组成的反相放大器 组成。Rl R9是电阻，为了保证运算放大器正常工作而设置。Cl是积分电容，运算放大器 U6输出放大了的直流电压信号Hxl+和Hxl-最终分别输出到束流监测系统的PLC 口。数字 表DM由+5V直流电源供电。图4是图2中示波器8取出的脉冲束流波形的截屏图。图2 图4具体实施的工作过程是如图2，束流检测系统3输出的脉冲电压信号 Ip+和IP-通过一个变压器Tl输入到脉冲后置放大器5。脉冲束流后置放大器5由一个运 算放大器Ul组成的反相器和一个运算放大器U2组成的反相放大器两部分组成。运算放大 器Ul组成的反相器先将脉冲电压信号进行倒相，运算放大器U2组成的反相放大器再将信号再进行反相放大，得到了同相放大的束流脉冲信号。脉冲后置放大器5把被放大的束流脉冲信号分两路输出一路输出到示波器8上 以备观察，图4就是示波器8显示的波形；另一路输出到束流积分放大器6。束流积分放大 器6由一个积分运算放大器U3和一个脉冲选通器XI，一个同相运算放大器U4组成。经C2 耦合输入的束流脉冲信号接到了脉冲选通器Xl的输入端和运算放大器U3的反向输入端。 运算放大器U3的积分电容C3与脉冲选通器Xl并联。其中，需要一个外来信号，来自调制器 的同步脉冲信号9来控制脉冲选通器Xl内部的开关Sl的通断，从而控制束流积分放大器6 的积分电容C3的放电过程。积分电容C3将脉冲信号积分，并保持，待脉冲选通器Xl接到 来自调制器的同步脉冲信号9时，积分电容C3开始放电，这个过程(积分保持-放电-积 分保持-放电)周期性重复，周期与调制器同步脉冲信号9的周期相同。所以，U3产生的 信号近似看成是一个直流电压信号，输出到同相运算放大器U4的正输入端。该直流电压信 号经同相运算放大器U4放大后得到了直流电压信号rt+和rt_。可见，束流积分放大器6 将束流脉冲信号转换为正比于束流强度的直流电压信号Ib+和rt-。如图3，直流电压信号Hd+和rt-，输出到束流监测系统7中。束流监测系统的前 置放大电路由一个运算放大器U5组成的反相跟随器和一个运算放大器TO组成的反相放大 器组成。信号通过运算放大器U5组成的反相跟随器和运算放大器U6组成的反相放大器进 行了放大之后，得到直流电压信号rtd+和rtd-，输入束流监测系统PLC中。同时同步脉冲 信号输入到束流监测系统中的PLC，通过PLC计数得到加速器重复频率，该频率值与束流数 字量计算得到束流平均值。此束流平均值最终通过数字表显示束流值大小。该发明提供的装置与现有其他技术相比，使用方便，容易操作，稳定性更好。
权利要求
1.一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征是包括脉冲束流后置放大器[5]、 束流积分放大器[6]和束流监测系统[7]；由电子直线加速器的束流检测系统[3]输出的脉冲束流信号经脉冲束流后置放大器[5]放大后，送束流积分放大器[6]输入端，得到正比于束流强度的直流电压信号；该直流 电压信号经束流监测系统[7]得到数字表能识别的电子直线加速器束流值信号。
2.根据权利要求1所述的一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征是所述脉冲 束流信号通过变压器Tl接于脉冲束流后置放大器[5]的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征是所述脉冲 束流后置放大器的输出信号分为两路，一路接于示波器[8]，另一路接所述束流积分放大器。
4.根据权利要求3所述的一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征在于，所述 脉冲束流后置放大器[5]包括运算放大器Ul组成的反相器和运算放大器U2组成的反相放 大器；所述脉冲束流信号接在Tl的初级测，Tl的次级侧接在Ul的负输入端和地之间；Ul的 正输入端串联电阻R5后接地；Ul的输出端通过电容Cl接于U2的负输入端，U2的正输入端 串联电阻R9后接地。
5.根据权利要求4所述的一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征在于，束流 积分放大器[6]包括积分运算放大器U3、脉冲选通器Xl和运算放大器U4组成的同相放大 器；所述U2的输出端通过电容C2后分别接于U3的负输入端和Xl的输入端；U3的正输入 端串连电阻RlO后接地；U3的输出端接于U4的正输入端，U4的负输入端串连电阻R12后接 地；来自外部的调制器的同步脉冲信号[9]接于Xl的一个控制端，用于控制U3的放电；U3 的积分电容C3与Xl并联。
6.根据权利要求5所述的一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征在于，束流 监测系统[7]包括PLC、前置放大电路和作为后置的数字表；所述前置放大电路包括运算放大器U5组成的反相跟随器和运算放大器TO组成的反相 放大器；U4的输出端接于TO的负输入端⑴5的正输入端串连电阻R33后接地，TO的输出端 通过电阻R35接于TO的负输入端；TO的正输入端串连电阻R37后接地；U6的输出信号输入 到PLC中；同时，所述来自外部的调制器的同步脉冲信号[9]输入到PLC，通过PLC计数得到加速 器重复频率，该频率值与束流数字量计算得到束流平均值，此束流平均值最终通过数字表 显示束流值大小。
7.根据权利要求1所述的一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征在于，所述 脉冲束流后置放大器[5]、束流积分放大器[6]和束流监测系统[7]集中置于电子直线加速 器控制机柜束流监控模块[11]内。
全文摘要
一种电子直线加速器束流信号监测装置，其特征是包括脉冲束流后置放大器、束流积分放大器和束流监测系统；由电子直线加速器的束流检测系统输出的脉冲束流信号经脉冲束流后置放大器放大后，送束流积分放大器输入端，得到正比于束流强度的直流电压信号；该直流电压信号经束流监测系统得到数字表能识别的电子直线加速器束流值信号。该发明提供的装置与现有其他技术相比，使用方便，容易操作，稳定性更好。
文档编号G01T1/29GK102096090SQ201010578510
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者张明, 肖林 申请人:南京大学