一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法
【專利摘要】本發明提供一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，包括：步驟S1.對鈕扣型束流位置探頭的2N個電極的電極感應信號進行信號調理、采樣和數字信號處理，以獲得逐圈信號；步驟S2.獲取各周期內的逐圈信號的和信號；計算相鄰周期的和信號的差值，并判斷該差值是否達到預設的閾值，達到則輸出第一觸發信號；步驟S3.選擇對角電極的逐圈信號進行差比和運算；步驟S4.對差比和結果進行離散傅里葉運算以獲得束流頻譜，判斷預定頻率段內的束流頻譜是否與預設標準頻譜一致，不一致則輸出第二觸發信號。本發明在不需外部觸發信號的情況下，能夠準確及時地檢測到已知事件和瞬時隨機異常事件，并提供相應的觸發信號，極大提高了數據采集效率和智能化水平。
【專利說明】一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及加速器物理束流診斷領域，尤其設計一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法。
【背景技術】
[0002]束流測量系統是加速器非常重要的組成部分，它對加速器的機器研究及正常運行都起著至關重要的作用。其中，束流位置測量系統作為束流診斷中最重要的設備之一，主要由前端的鈕扣型束流位置探頭和后端的束流位置信號處理器兩部分組成。
[0003]如圖1所示，束流位置探頭通常包括真空室以及對稱地設置在真空室兩側的四個電極A、B、C和D。四個電極在束流通過所述探頭時輸出感應信號，該感應信號輸出至束流位置信號處理器后進行調理、采樣和數字化處理，獲得信號周期等于束流粒子圍繞加速器存儲環運行的回旋周期(即逐圈周期)的逐圈(Turn-by-turn)信號。
[0004]束流位置信號處理器在收到外部觸發信號后開始捕獲感應信號。有可知的外部事件發生時，如注入粒子(即注束)等，會提供外觸發信號；正常運行時通過輸入固定頻率觸發信號用于數據采集。然而，當粒子加速器運行發生瞬時隨機的異常事件，如掉束、束流頻譜異常等突發情況時，外觸發模式的信號處理器就不能自動捕捉異常發生前后的束流數據供研究人員進行機器研究，從而導致丟失有價值的數據。綜上，處理器對外觸發信號的依賴限制了它在機器運行和研究上的應用價值。
[0005]因此，如果處理器能通過內部的信號處理算法，捕捉各類有意義事件，包括瞬時隨機發生的運行異常事件和可知事件，給出觸發信號并存儲事件發生前后的數據，將極大提高束流診斷水平和效率，為機器研究人員提高加速器運行性能提供有力幫助。
【發明內容】
[0006]針對上述技術問題，本發明旨在提供一種可靠、高效的檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，方便用戶及時發現掉束、束流頻譜異常等突發情況。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，包括以下步驟:
[0009]1、一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，包括以下步驟:
[0010]步驟SI，對鈕扣型束流位置探頭的2"個電極在束流通過所述探頭時輸出的電極感應信號進行信號調理、采樣和數字信號處理，以分別獲得所述2N個電極各自所對應的逐圈信號，所述逐圈信號的周期等于束流粒子在加速器儲存環中運行的逐圈周期，其中，所述鈕扣型束流位置探頭包括一真空室以及分別對稱地設置在所述真空室兩側的所述2Nf電極，其中，N為大于I的自然數；
[0011]步驟S2，依次獲取各周期內的所述2N個電極所對應的所述逐圈信號的和信號；計算兩個相鄰周期的所述和信號的差值，并判斷所述差值是否達到預設的閾值，如果達到所述閾值，則輸出第一觸發信號；
[0012]步驟S3，選擇一對處于對角的所述電極所對應的所述逐圈信號進行差比和運算，以獲得束流位置信息；以及
[0013]步驟S4，對所述步驟S3中的所述差比和運算的結果進行離散傅里葉運算以獲得束流頻譜，并判斷預定頻率段內的所述束流頻譜是否與預設的標準頻譜一致，如果不一致，則輸出第二觸發信號。
[0014]進一步地，該自觸發方法還包括:
[0015]步驟S5，存儲所述2Nf電極在所述第一觸發信號和/或第二觸發信號輸出前和輸出后所對應的預定數量的所述逐圈信號。
[0016]進一步以，所述步驟S2包括:在計算兩個相鄰周期的所述逐圈信號的所述和信號的差值之前，對所述逐圈信號的和信號進行低通濾波。
[0017]綜上所述，本發明不僅能夠在發生頻譜異常事件，例如注束、磁鐵激勵等已知事件時自觸發，而且還能在發生掉束等瞬時隨機異常情況時自觸發，從而極大的方便了用戶及時發現束流異常情況。此外，通過存儲自觸發前后的預定數量的逐圈信號，還可以為研究人員進行機器研究進而提高機器運行性能提供有效的分析數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明采用的鈕扣型束流位置探頭的結構示意圖；
[0019]圖2是本發明檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法的原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，給出本發明的較佳實施例，并予以詳細描述。
[0021]本發明，檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，采用束流位置探頭(如圖1所示)以及束流位置信號處理器(未示出)實現，如圖2所示，該方法包括以下步驟:
[0022]步驟SI，當束流通過探頭時，四個電極A、B、C和D分別輸出相應的電極感應信號至束流位置信號處理器，通過束流位置信號處理器進行信號調理、采樣和數字信號處理后，分別獲得各電極所對應的逐圈信號，逐圈信號即是指周期等于束流粒子在加束器儲存環中運行的逐圈周期的信號；
[0023]步驟S2，依次獲取各逐圈周期內的四個電極各自所對應的逐圈信號的和信號，并對各和信號進行低通濾波，以避免高頻噪聲信號引起誤觸發；然后計算兩個相鄰周期的和信號的差值，并判斷該差值是否達到預設的閾值，如果達到閾值，則輸出第一觸發信號，即，當和信號的減小量突然達到一定閾值時，說明有掉束事件發生，則向上層用戶發出第一觸發信號以提示掉束異常。
[0024]步驟S3，通過束流位置信號處理器對處于對角的電極A、C所對應的逐圈信號進行差比和運算，即，計算(A-C)/(A+C)，以獲得包含水平和垂直分量的束流位置信息。此處選擇對角電極A、C的原因是:對角的兩個電極A、C采樣的數據同時包含水平和垂直方向的束流運動。
[0025]通過差比和運算獲得束流位置信息屬于本領域常用的技術手段，在此不再贅述。應該理解，在本實施例中也可采用電極B、D輸出的電極逐圈信號進行差比和運算，而且，當采用具有更多電極(例如8個電極)的探頭時，同樣可通過對兩個對角的電極輸出的逐圈信號進行差比和運算來獲得束流位置信息。
[0026]步驟S4，通過束流位置信號處理器對步驟S3中的差比和運算的結果進行離散傅里葉運算(優選快速傅氏變換FFT)以獲得束流頻譜，然后判斷預定頻率段內的束流頻譜是否與預設的標準頻譜一致，如果不一致，則說明頻譜異常(例如可能由注束等引起了在工作點處出現異于正常運行時的譜峰，或者在應該有峰的位置沒有信號)，則向上層用戶發出第二觸發信號以提示頻譜異常發生。其中，離散傅里葉變換一直進行，以避免錯過異常事件。另外，此處的預定頻率段優選對頻譜比較敏感的頻率段，例如，設定為工作點左右歸一化頻譜0.05范圍的頻率段。
[0027]步驟S5，通過束流位置信號處理器將四個電極A、B、C和D在第一觸發信號和/或第二觸發信號輸出前和輸出后所對應的預定數量(例如前后各選取1000個左右)的逐圈信號存儲在緩沖器FIFO中，從而為研究人員進行機器研究進而提高機器運行性能提供了有效的分析數據。
[0028]由上述分析可知，本發明可以在掉束、頻譜異常等事件發生時向上層用戶輸出自觸發信號，因而不再依賴外部輸入觸發信號，方便了用戶及時發現束流異常情況；此外，還可以保存異常情況發生前后的數據供用戶分析研究。
[0029]以上所述的，僅為本發明的較佳實施例，并非用以限定本發明的范圍，本發明的上述實施例還可以做出各種變化，例如電機驅動可以換成手輪驅動。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明的權利要求保護范圍。
【權利要求】
1.一種檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，其特征在于，該自觸發方法包括以下步驟: 步驟SI，對鈕扣型束流位置探頭的2N個電極在束流通過所述探頭時輸出的電極感應信號進行信號調理、采樣和數字信號處理，以分別獲得所述2N個電極各自所對應的逐圈信號，所述逐圈信號的周期等于束流粒子在加速器儲存環中運行的逐圈周期，其中，所述鈕扣型束流位置探頭包括一真空室以及分別對稱地設置在所述真空室兩側的所述2N個電極，其中，N為大于I的自然數； 步驟S2，依次獲取各周期內的所述2N個電極所對應的所述逐圈信號的和信號；計算兩個相鄰周期的所述和信號的差值，并判斷所述差值是否達到預設的閾值，如果達到所述閾值，貝1J輸出第一觸發信號； 步驟S3，選擇一對處于對角的所述電極所對應的所述逐圈信號進行差比和運算，以獲得束流位置信息；以及 步驟S4，對所述步驟S3中的所述差比和運算的結果進行離散傅里葉運算以獲得束流頻譜，并判斷預定頻率段內的所述束流頻譜是否與預設的標準頻譜一致，如果不一致，則輸出第二觸發信號。
2.根據權利要求1所述的檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，其特征在于，該自觸發方法還包括: 步驟S5，存儲所述2N個電極在所述第一觸發信號和/或第二觸發信號輸出前和輸出后所對應的預定數量的所述逐圈信號。
3.根據權利要求1所述的檢測粒子加速器束流異常的自觸發方法，其特征在于，所述步驟S2包括:在計算兩個相鄰周期的所述逐圈信號的所述和信號的差值之前，對所述逐圈信號的和信號進行低通濾波。
【文檔編號】G01T1/29GK104166152SQ201410407159
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】賴龍偉, 冷用斌, 閻映炳 申請人:中國科學院上海應用物理研究所