自动化全内置超导磁铁磁场强度测量装置及测量方法与流程

本发明涉及高端医疗装备，尤其涉及一种超导磁铁磁场强度测量装置及测量方法。

背景技术：

1、超导磁铁是医用质子加速器最重要的部件，质子加速器中的粒子经过超导磁铁的磁场加速，粒子加速到治疗需要的相应能量并进入人体后，会在肿瘤等患病区域释放大量能量，以实现对患者的患病区域进行治疗。现有的质子加速器的磁场分布范围跨度较大，且对超导磁铁内的磁场测量的精度要求较高，若磁场的测量存在误差，则会直接影响到后续主磁铁的镶条垫补，进行影响到医用质子加速器的束流质量，并会影响病人的治疗情况。

2、现有对于超导磁铁的磁场强度进行检测方式为通过核磁探头和/或霍尔探头进行测量，并且为了实现探头可以对超导磁铁内的多个位置进行测量，会设置一测量装置，该测量装置能够驱动探头移动，以使探头可以移动到超导磁铁内的多个位置进行测量。

3、为提高测量装置能够对探头的位置的调整精度，现有的测试装置通常会采用半自动化半人工的驱动方式，即对于探头一个或多个自由度调整通过电机等装置实现自动调控，对一个或多个其他的自由度则采用人工调整。由于超导磁铁的高磁场环境人员无法靠近，因此人工调节时需要先将磁场消除，调整完毕后重新励磁。这种半自动化半人工的驱动方式测量耗时较长，且测量的效率降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自动化全内置超导磁铁磁场强度测量装置及测量方法，用于实现对检测探头的位置的自动调整，提高检测探头位置的调整精度以及检测效率。

2、本发明的目的采用以下技术方案实现：

3、一种自动化全内置超导磁铁磁场强度测量装置，包括：

4、检测探头，用于检测周围磁场强度；

5、位置调整组件，用于驱动所述检测探头运动；

6、控制单元，与所述位置调整组件电连接，且所述控制单元用于接收测试信息，并向所述位置调整组件发出控制信号，以控制所述位置调整组件运动；

7、位置检测组件，用于检测所述位置调整组件或所述检测探头的位移和/或旋转角度，且所述位置检测组件还与所述控制单元电连接，并能够向所述控制单元发出检测信号；

8、数据处理单元，与所述检测探头电连接，并用于接收所述检测探头检测得到的测试结果。

9、优选地，所述位置调整组件包括第一驱动单元、第二驱动单元以及转动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述检测探头沿第一方向移动，所述第二驱动单元用于驱动所述检测探头沿第二方向移动，所述转动单元用于驱动所述检测探头绕第一方向或第二方向旋转；

10、其中，所述第一方向与所述第二方向形成的夹角为80～100°。

11、优选地，所述位置调整组件还包括第一安装座以及第二安装座，所述第一安装座安装于所述转动单元，以使所述转动单元能够驱动所述第一安装座转动；所述第一驱动单元安装于所述第一安装座，且所述第一驱动单元包括第一移动件，所述第一移动件与所述第二安装座连接，且能够驱动所述第二安装座沿第一方向移动；所述第二驱动单元安装于所述第二安装座，且所述第二驱动单元还包括第二移动件，所述第二移动件与所述检测探头连接，且能够驱动所述检测探头沿第二方向移动。

12、优选地，所述转动单元包括第一驱动件以及第一转动件，所述第一驱动件用于驱动所述第一转动件转动；所述位置检测组件包括用于检测旋转角度的角度检测元件，所述角度检测元件与所述第一转动件连接，并能够与所述第一转动件同步运动。

13、优选地，还包括第一保护套，所述第一保护套套设于所述角度检测元件外周，以保护所述角度检测元件；

14、和/或，所述角度检测元件为旋转编码器。

15、优选地，所述位置检测组件包括用于检测第一方向移动的第一检测组件，所述第一检测组件包括固定于所述第一安装座的第一检测元件，以及安装于所述第二安装座或第一移动件的第二检测元件，所述第二检测元件穿过所述第一检测元件，并能够与所述第二安装座同步运动，所述第一检测元件用于检测所述第二检测元件的移动量。

16、优选地，所述第一检测组件还包括第一连接件，所述第一连接件固定安装于所述第二安装座或第一移动件，所述第二检测元件安装于所述第一连接件；所述第一连接件包括沿第一方向位于所述第一检测元件相对两端的第一限位部，一对所述第一限位部限制所述第一检测元件和所述第二检测元件的相对移动范围；

17、和/或，所述第一检测元件为直线编码器，所述第二检测元件为光栅尺。

18、优选地，所述位置检测组件包括用于检测第二方向移动的第二检测组件，所述第二检测组件包括固定于所述第二安装座的第三检测元件，以及安装于所述第二移动件的第四检测元件，所述第四检测元件穿过所述第三检测元件，并能够与所述第二移动件同步运动，所述第三检测元件用于检测所述第四检测元件的移动量。

19、优选地，所述第二检测组件还包括第二连接件，所述第二连接件固定安装于所述第二移动件，所述第四检测元件安装于所述第二连接件；所述第二连接件包括沿第一方向位于所述第三检测元件相对两端的第二限位部，一对所述第二限位部限制所述第三检测元件和所述第四检测元件的相对移动范围；

20、和/或，所述第三检测元件为直线编码器，所述第四检测元件为光栅尺。

21、优选地，还包括探头安装件，所述探头安装件与所述检测探头固定连接。

22、优选地，所述探头安装件设置有安装腔，所述检测探头的至少一部分置于所述安装腔内，以使所述探头安装件对所述检测探头的至少一部分进行保护；所述检测探头的检测端延伸至所述探头安装件的端部，且所述检测探头的检测端的至少一部分外露于探头安装件。

23、优选地，所述控制单元和所述数据处理单元均集成于ni控制器；所述ni控制器包括多个输入端口和多个输出端口，所述输出端口通过驱动器与所述位置调整组件中的驱动件连接，所述输入端口与所述检测探头连接，或通过光电转换盒与所述位置检测组件连接。

24、一种自动化全内置超导磁铁磁场强度的测量方法，其应用于上述任意一种的磁场强度测量装置，所述磁场强度的测量方法包括：

25、步骤s01：将磁场强度测量装置全内置于超导磁铁内，并采用校准装置检测磁场强度测量装置的安装位置是否正确；步骤s02：向控制单元输入测试信息，控制单元根据测试信息控制位置调整组件运动；

26、步骤s03：位置调整组件驱动检测探头运动，位置检测组件检测位置调整组件的位移和/或旋转角度并向控制单元反馈；

27、步骤s04：控制单元根据位置检测组件的反馈的信息判断检测探头是否到达测试位置，若是，则控制位置调整组件停止，若不是，则控制位置调整组件继续驱动检测探头(1)运动，直至到达测试位置；

28、步骤s05：检测探头检测所在坐标点位置的磁场，并将检测到的测试结果反馈至数据处理单元进行处理。

29、优选地，所述测试信息包括移动到所需测试坐标位置，位置调整组件所需的转动和/或移动量；所述检测探头向所述数据处理单元反馈测试位置磁场强度、检测探头的电压值、检测探头的温度中的一个或多个数据；

30、所述控制单元判断所述位置检测组件反馈的位移和/或旋转角度，与所述测试信息包括的转动和/或移动量是否相同，以判断检测探头是否达到测试位置。

31、优选地，所述步骤s05中，所述检测探头对同一坐标点位置进行多次检测，并多次检测到的测试数据反馈至数据处理单元进行处理；

32、所述磁场强度的测量方法还包括：

33、步骤s06：所述数据处理单元根据得到的同一坐标值对应的多个测试结果，计算磁场平均值和标准差；

34、当所述测试信息包含多个所需测试坐标位置所需的转动和/或移动量时，根据每一个所需坐标位置，依次执行步骤s03至步骤s06。

35、优选地，所述检测探头为霍尔探头；所述步骤s05具体包括：所述数据处理单元根据所述检测探头的电压值以线性插值的方式计算磁场强度。

36、优选地，所述控制单元和所述数据处理单元均集成于兼容g语言的ni控制器；

37、和/或，所述测试信息通过csv文件输入所述控制单元内。

38、优选地，所述步骤s01中，检测探头连接有检测探头位置校准杆，所述检测探头位置校准杆的延伸方向与所述检测探头的移动路径相同；所述校准装置设置有测试槽，所述测试槽与所述检测探头位置校准杆大小适配，所述测试槽设置在检测探头的移动路径上；所述位置调整组件驱动所述检测探头位置校准杆沿所述检测探头的移动路径移动，若所述位置调整组件穿过所述测试槽，则判断磁场强度测量装置的安装位置正确，否则，判断磁场强度测量装置的安装位置偏移，并对磁场强度测量装置的位置进行调整。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

40、通过采用本发明的磁场强度检测装置，可以通过位置检测组件与控制单元的配合实现对位置调整组件的精准控制，并且可以实现通过控制单元和位置调整组件的配合实现对检测探头位置的自动调整，使得检测探头位置调节时无需人工靠近干预，提高检测效率，保障了测量时的安全。

41、通过设置探头安装件以安装检测探头，使得通过更换不同长度的探头安装件，即可使得检测探头在磁场强度测量装置的延伸长度范围发生变化；因此，改变探头安装件的长度，即可使得磁场强度测量装置对不同半径的超导磁铁进行磁场强度测试。