[发明专利]一种磁场稳定性控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种磁场稳定性控制系统及方法，其特征在于，包括磁铁、磁场传感器、磁场测量系统、工控机、数字控制器和磁铁电源；磁铁的均匀场区间隔设置有至少三个磁场传感器；磁场测量系统用于对各磁场传感器测量的模拟信号进行处理后，实时输出磁场传感器所测磁场大小的标准电压模拟信号或标准电流模拟信号；工控机用于设定磁铁的工作磁场设定值和数字控制器的参数；数字控制器用于执行数字闭环控制算法，确定磁铁电源的标准电压控制信号或标准电流控制信号；磁铁电源用于根据标准电压控制信号或标准电流控制信号，按照I/B测磁曲线数值对应关系，实时向磁铁提供励磁电流，本发明可以广泛应用于加速器磁约束束流控制领域中。

技术领域

本发明是关于一种磁场稳定性控制系统及方法，属于加速器磁约束束流控制领域。

背景技术

随着加速器物理、粒子物理等基础科学研究和加速器在高端实验仪器领域中的应用和发展，人们对加速器中运行的带电粒子轨迹的控制指标要求越来越高，对加速器磁场的稳定性提出更高的要求。

在粒子加速器束流运行过程中，带电粒子最高以接近光的速度、在有限周长的真空管道内长时间运行。因此，需要设置高精度的磁铁系统和高精度、高稳定度的磁铁电源系统提供高精确度的磁场和磁场形态，以保证束流的轨道的稳定性。除此之外，对于某些高精度仪器，例如高精度二次离子质谱仪，为提高对同位素样品的分析速度、分析能力和原位分辨精度，更需要高精度、高稳定性的磁铁和电源系统来实现快速脉冲质谱所需的超高稳定性磁场。

但是，高精度的磁铁和高精度、高稳定度的电源系统，意味着设备研制成本和难度的翻倍增长。然而，现有技术中并没有基于现有常规粒子加速器使用的磁铁和电源设备，以提高磁场稳定度的控制系统和方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于现有常规粒子加速器的磁铁和电源设备的成本低的用于粒子加速器的磁场稳定性控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种磁场稳定性控制系统，包括磁铁、磁场传感器、磁场测量系统、工控机、数字控制器和磁铁电源；

所述磁铁的均匀场区间隔设置有至少三个用于实时采集所述磁铁产生的磁场模拟信号的所述磁场传感器；

所述磁场测量系统用于对各所述磁场传感器测量的模拟信号进行处理后，实时输出所述磁场传感器所测磁场大小的标准电压模拟信号或标准电流模拟信号；

所述工控机用于设定所述磁铁的工作磁场设定值、工作磁场设定值对应的磁铁供电电流、磁场误差波动范围和所述数字控制器的参数；

所述数字控制器用于执行数字闭环控制算法，实时确定所述磁铁的工作磁场设定值与所述磁场测量系统输出的标准电压模拟信号或标准电流模拟信号之间的磁场偏差，并根据工作磁场设定值对应的磁铁供电电流和磁场误差波动范围，确定所述磁铁电源的标准电压控制信号或标准电流控制信号；

所述磁铁电源用于根据标准电压控制信号或标准电流控制信号，按照I/B测磁曲线数值对应关系，实时向所述磁铁提供励磁电流。

进一步地，所述工控机包括控制界面、参数设定模块和监测模块；

所述控制界面用于控制所述控制器和磁铁电源的开启或关闭；

所述参数设定模块用于设定所述磁铁的工作磁场设定值、工作磁场设定值对应的磁铁供电电流、磁场误差波动范围和所述数字控制器的参数；

所述监测模块用于远程监测所述磁场测量系统、数字控制器和磁铁电源的运行状态。

进一步地，所述数字控制器包括ADC采集模块、数据处理模块和DAC输出模块；

所述ADC采集模块用于将所述磁场测量系统实时输出的标准电压模拟信号或标准电流模拟信号转换为数字信号后，依次进行高通、低通或带通的滤波处理和差分运算，得到当前磁场测量值；