一种提高电子流探测性能的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提高电子流探测性能的方法包括：步骤1、多通道同时采样探测束流信号；步骤2、使用三同轴电缆、差分方式的运算放大器对束流信号完成滤波；步骤3、提高束流信号质量；步骤4、计算束流信号的电荷量信息；所述步骤3提高束流信号质量包括多通道协同控制法、基于阈值判断的采样野值剔除法、滑动窗滤波法、动态自检校准法；所述步骤4中，通过积分电路完成对束流信号的电荷量计算；本发明专利技术通过本发明专利技术通过软硬结合的方式来完成对束流信号质量的提高，软件方式则通过采样野值剔除法、滑动窗滤波法、多通道协同控制法和动态自检校准法。准法。准法。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电子流探测性能的方法及系统


[0001]本专利技术涉及检测领域，具体是一种提高电子流探测性能的方法及系统。

技术介绍

[0002]束流品质是加速器性能的象征，随着加速器技术的发展，高品质束团在加速器领域的需求增长显著，先进的束流诊断方法是提高束团品质的重要手段。束流的电荷量和束流强度是加速器物理的重要参数指标，束流流强的积分值就是束团电荷量。
[0003]束团电荷量的大小和稳定程度是高品质束流的重要特征，他体现出微波系统、激光系统的稳定性，也体现着束流的发射度性能。
[0004]因此，测量和检测电荷量是束流诊断技术中的重要任务。
[0005]束流测量技术涉及了精密机械、快慢电子学、光学、微波、真空以及加速器物理等多种学科。现代加速器如第四代光源、国际直线对撞机、强流质子加速器等向着低发射度、短束长以及强流等方向发展，它们对束测技术的高要求以及依赖现代工业和科技的进步，推动了束测技术的快速发展，具体体现在激光技术、宽带高频快电子学技术以及无阻拦探测技术和各种反馈技术在束测领域的应用和快速发展。
[0006]在核物理实验测量中，粒子与物质相互作用最终都被探测器转换为可测物理量，常见的有光、电荷、电流等。
[0007]在常用的加速器束流诊断装置中，由于取样过程都是探头与束流粒子相互作用，且其中电子阻止过程起主要作用，所以大部分装置输出的信号都是多路微弱电流信号，其幅值往往在nA、pA，非常容易受到外界干扰，测量不够准确，因此测量难度非常大。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：提供一种提高电子流探测性能的方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题。
[0009]技术方案：一种提高电子流探测性能的方法，包括：
[0010]步骤1、多通道同时采样探测束流信号；
[0011]步骤2、使用三同轴电缆、差分方式的运算放大器对束流信号完成滤波；
[0012]步骤3、提高束流信号质量；
[0013]步骤4、计算束流信号的电荷量信息；
[0014]所述步骤3提高束流信号质量包括多通道协同控制法、基于阈值判断的采样野值剔除法、滑动窗滤波法、动态自检校准法；
[0015]所述步骤4中，通过积分电路完成对束流信号的电荷量计算；
[0016]对积分电路而言，输出电压U和电荷量Q之间的关系为
[0017]Q＝UC
[0018]一段时间内电流i(t)对时间的积分电荷量Q为：
[0019][0020]式中，C为积分电容，通过ADC测量积分电压的大小即可测量此积分时间内共收集的电荷量，dt表示的是高等数学里对时间的积分，此段时间内的平均电流i为：
[0021]i＝Q/(t1‑
t2)
[0022]弱电流前置放大器的测量范围分为1nA，10nA，100nA，1μA，10μA，100μA；
[0023]6个量程，输出电压0～10V对应各量程。
[0024]实际上，电流
‑
电压转换器(IVC)就是一个阻抗变换器，它能使弱电流信号转化为电压信号，具备较高的输入阻抗和很低的输出阻抗。
[0025]因为本申请是微弱信号多通道信号的检测及处理。
[0026]如何降低干扰及噪声，确保测量的准确度、精度是十分困难的，因此设计了采样野值剔除法、滑动窗滤波法、多通道协同控制法和动态自检校准法，进行确保测量的准确度。
[0027]在信号传输过程中，非屏蔽电缆具有天线效应，不但可以对外辐射信号，也容易收到外部信号的干扰，容易造成正常信号的电磁干扰，导致信号失真、噪声变大等问题。
[0028]同轴电缆采用金属外导体等结构增强了电缆本身的屏蔽性能。
[0029]考虑到本专利技术对应的是微弱信号的探测，需要尽量考虑选用足够好的屏蔽性能的同轴电缆，并且尽量控制好电缆的传输阻抗(同轴电缆有优异的阻抗控制性能)。
[0030]三同轴电缆带有额外的屏蔽层，这个屏蔽保护作用，可以实现比普通同轴电缆更有的屏蔽效能。
[0031]射频三同轴连接器用于连接三同轴电缆，与一般的屏蔽连接器相比，射频三同轴连接器有着更高的屏蔽性能，可用于微弱信号的传输一级高屏蔽要求的场合。
[0032]这样系统引入的噪声大大降低。
[0033]本专利技术通过软硬结合的方式来完成对束流信号质量的提高，硬件方式为使用多通道同时采样探测束流信号，搭配三同轴电缆进行传输信号，采用差分方式的运算放大器完成抑制环境噪声，去除系统的共模干扰，同时通过电阻、电容组成的RC滤波器进行滤波。软件方式则通过采样野值剔除法、滑动窗滤波法、多通道协同控制法和动态自检校准法进行完成对束流信号质量的提高工作。
[0034]在进一步实施例中，所述多通道协同控制法包括：
[0035]基于多通道同时采样技术，设计使用具备同步触发采样能力的AD电路，利用多通道的采集数据，对数据进行协同处理；
[0036]因束流在束流通道中会依次经过各个束流观测通道，且束流在通道间的变化较小，因此各通道的束测信号位于束流的不同位置，其波形具有很强的相关性；
[0037]为了降低噪声，积分电路的开关时间尽量匹配，并且该开关时间需依据不同的束流动态调整；
[0038]设第i个通道的采样信号为S
i
(k)；
[0039]步骤一：将第i个通道的接收信号与第1个通道的接收信号做相关；
[0040][0041]步骤二：得到相关结果R
i
(n)最大值R
max
；
[0042]步骤三：判断最大值R
max
是否大于相关阈值；
[0043]若大于，则转入下一步骤；
[0044]否则，回到步骤一；
[0045]步骤四：记录R
i
(n)中最大值R
max
的位置为N，即R
i
(N)＝R
max
，则N为当前通道相对于第一个通道的延迟采样点数；
[0046]步骤五：计算延迟时间为N*T，其中T为ADC采样周期；
[0047]步骤六：当前延迟时间与上一次就算的延迟时间是否小于T；
[0048]小于T时，则当前通道的积分开关延迟调整处理结束；
[0049]否则，调整延迟时间并回到步骤一；
[0050]通过采样数据的同步触发机制，确保采样数据的同步性。
[0051]考虑到系统本地偏置电流随温度、压力等条件是变化，因此在无束流经过时其输出信号也是变化的，加上积分电路本身偏置电流，失调电压及噪声电压等的存在，再加上积分电容漏电流的影响，这些都会对电子流测量电路的读出信号产生影响，因此设计动态自检校准法进行完成校准。
[0052]在进一步实施例中，所述采样野值剔除法包括：
[0053]设单个通道的信号在各个时刻的采样数据为S
i
(k)，阈值参考窗为M；
[0054]对第k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高电子流探测性能的方法，包括：步骤1、多通道同时采样探测束流信号；步骤2、使用三同轴电缆、差分方式的运算放大器对束流信号完成滤波；步骤3、提高束流信号质量；步骤4、计算束流信号的电荷量信息；其特征是，步骤3提高束流信号质量包括多通道协同控制法、基于阈值判断的采样野值剔除法、滑动窗滤波法、动态自检校准法；所述步骤4中，通过积分电路完成对束流信号的电荷量计算；对积分电路而言，输出电压U和电荷量Q之间的关系为Q＝UC一段时间内电流i(t)对时间的积分电荷量Q为：式中，C为积分电容，通过ADC测量积分电压的大小即可测量此积分时间内共收集的电荷量，此段时间内的平均电流i为：i＝Q/(t1‑
t2)弱电流前置放大器的测量范围分为1nA，10nA，100nA，1μA，10μA，100μA；6个量程，输出电压0～10V对应各量程。2.根据权利要求1所述的一种提高电子流探测性能的方法，其特征是：所述多通道协同控制法包括：基于多通道同时采样技术，设计使用具备同步触发采样能力的AD电路，利用多通道的采集数据，对数据进行协同处理；因束流在束流通道中会依次经过各个束流观测通道，且束流在通道间的变化较小，因此各通道的束测信号位于束流的不同位置，其波形具有很强的相关性；为了降低噪声，积分电路的开关时间尽量匹配，并且该开关时间需依据不同的束流动态调整；设第i个通道的采样信号为S
i
(k)；步骤一：将第i个通道的接收信号与第1个通道的接收信号做相关；步骤二：得到相关结果R
i
(n)最大值R
max
；步骤三：判断最大值R
max
是否大于相关阈值；若大于，则转入下一步骤；否则，回到步骤一；步骤四：记录R
i
(n)中最大值R
max
的位置为N，即R
i
(N)＝R
max
，则N为当前通道相对于第一个通道的延迟采样点数；步骤五：计算延迟时间为N*T，其中T为ADC采样周期；步骤六：当前延迟时间与上一次就算的延迟时间是否小于T；
小于T时，则当前通道的积分开关延迟调整处理结束；否则，调整延迟时间并回到步骤一；通过采样数据的同步触发机制，确保采样数据的同步性。3.根据权利要求1所述的一种提高电子流探测性能的方法，其特征是：采样野值剔除法包括：设单个通道的信号在各个时刻的采样数据为S
i
(k)，阈值参考窗为M；对第k个采样数据前M个数据得AVR
left
(k)；对第k个采样数据后M个数据得AVR
right
(k)；当前采样点的最大阈值为Thr
max
(k)＝max{AVR
left
(k)，AVR
right
(k)}；当采样点的值S
i
(k)大于Thr
max
(k)时，则判断为野值，进行剔除，将其更新为max{AVR
left
(k)，AVR
right
(k)}；当前采样点的最小阈值为Thr
min
(k)＝min{AVR
left
(k)，AVR
right
(k)}；当采样点的值S
i
(k)小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志宇，刘巍，付浩然，卢晓通，蔡晓葳，王旭东，吕银龙，冯雨，
申请(专利权)人：无锡核力电科技术有限公司，
类型：发明
国别省市：