一種超導磁體監控儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種超導磁體監控儀，包括機箱，所述機箱內部設置有工控機板卡、采集卡、調理電路、GPS單元和電源，所述工控機板卡與采集卡的輸出端電連接，所述采集卡的輸入端與調理電路電連接，所述調理電路電連接超導磁體內部的傳感器和制冷機，所述GPS單元與工控機板卡電連接，所述電源分別與GPS單元和調理電路電連接。本發明的有益效果：及時提醒用戶超導磁體的安全運行狀態，并具有傳感器參數校準功能，可以連接移動互聯網絡，具有數據存儲/上傳/分析功能，無人值守遠程報警等功能。
【專利說明】
一種超導磁體監控儀
技術領域
[0001]本發明屬于超導設備領域，具體涉及一種超導磁體監控儀。【背景技術】
[0002]超導磁體通常工作在4.2K溫度下，磁體內部采用液氦作為低溫介質。液氦是一種昂貴的低溫介質，磁體內杜瓦液氦容量通常在1000升左右，價值約20萬元人民幣。超導磁體的工作時并不是絕對穩定的，當有內部熱擾動、外界過量熱輻射、外部磁場干擾的情況下， 可能會觸發失超。失超時，液氦會在失超加熱裝置作用下，全部汽化揮發出來，從而造成巨大的經濟損失。另外，當磁體失超液氦汽化時，會在杜瓦內部造成巨大壓力，雖然有泄壓裝置，但這種高壓將是一種安全隱患。因此，為了預防經濟損失，保障設備和人員的安全，商業運行的超導磁體上需要有儀表或者電子設備，用來采集超導磁體內部的各種傳感器數據， 監控超導磁體的運行狀態參數，控制超導磁體內部壓力，及時提醒用戶超導磁體的安全運行狀態。
[0003]從事超導磁體研究的科研院所一般采用專門測量儀表監控超導磁體的運行參數， 如壓力計，氦液面計，溫度表等。其缺點是設備安裝在超導磁體上，需要近距離地觀察儀表數據，操作復雜，記錄數據效率低。而醫用磁共振系統用的超導磁體一般通過專門的電子設備，即超導磁體監控儀，來監控磁體的運行。超導磁體監控儀放在屏蔽間外的設備機柜上， 操作方便，運行可靠。
[0004]各磁體制造廠商提供的超導磁體監控儀專用性很強。一種超導磁體只對應一種超導磁體監控儀，各個廠商之間、各個型號之間不通用。已知目前國內外超導磁體設備廠商和科研院所并沒有通用的超導磁體監控儀，功能擴展性差，各相關單位單獨研制增加了超導磁體的研制周期和成本。
【發明內容】
[0005]針對相關技術中的上述技術問題，本發明提出一種超導磁體監控儀，用以解決上述問題。
[0006]為實現上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的:一種超導磁體監控儀，包括機箱，所述機箱內部設置有工控機板卡、采集卡、調理電路、 GPS單元和電源，所述工控機板卡與采集卡的輸出端電連接，所述采集卡的輸入端與調理電路電連接，所述調理電路電連接超導磁體內部的傳感器和制冷機，所述GPS單元與工控機板卡電連接，所述電源分別與GPS單元和調理電路電連接。
[0007]進一步的，所述調理電路包括與超導磁體內部的傳感器電連接的B0線圈控制電路、氦液面測量電路、溫度測量電路、壓力測量及控制電路、緊急失超控制電路和單片機采集電路，所述單片機采集電路通過串行接口 RS232與工控機板卡電連接，且該單片機采集電路還電連接有用于對超導磁體內部的制冷機進行檢測的制冷機狀態監測電路、電源電壓監測電路和電纜連接狀態監測電路。
[0008]進一步的，所述工控機板卡電連接有IXD觸摸屏。
[0009]進一步的，所述調理電路電連接有蜂鳴器和指示燈。
[0010]進一步的，所述GPS單元連接有遠程服務器和移動設備，所述移動設備為手機。
[0011]進一步的，所述工控機板卡通過PCI接口或USB接口與采集卡的輸出端電連接。
[0012]進一步的，所述GPS單元通過串行接口與工控機板卡電連接。
[0013]進一步的，所述采集卡上設置有多于16路的數字I/O通道、多于8路的A/D接口以及多于2路的DA接口。[〇〇14] 進一步的，所述電源將220V交流電轉換成12￥、15￥、-15￥、48￥直流電輸出。
[0015]本發明的有益效果:及時提醒用戶超導磁體的安全運行狀態，并具有傳感器參數校準功能，可以對不同生產商的傳感器參數進行標定;兼容不同廠商的超導磁體;通過嵌入式操作系統、微型工控機平臺、觸摸屏界面，使得設計極具智能化和可擴展性;通過GPRS模塊，可以連接移動互聯網絡，具有數據存儲/上傳/分析功能，無人值守遠程報警等功能。【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是根據本發明實施例所述的超導磁體監控儀的結構示意圖；圖2是根據本發明實施例所述的超導磁體監控儀的使用流程圖。
[0018]其中:1、工控機板卡;2、采集卡;3、GPS單元;4、電源;5、調理電路;6、LCD觸摸屏;7、蜂鳴器;8、 指示燈;9、遠程服務器；10、移動設備；11、機箱；12、傳感器；13、制冷機;51、B0線圈控制電路;52、氦液面測量電路;53、溫度測量電路;54、壓力測量及控制電路;55、緊急失超控制電路;56、單片機采集電路;57、制冷機狀態監測電路;58、電源電壓監測電路;59、電纜連接狀態監測電路。【具體實施方式】[〇〇19]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0020]如圖1所示，根據本發明實施例所述的一種超導磁體監控儀，包括機箱11，所述機箱11內部設置有工控機板卡1、采集卡2、調理電路5、GPS單元3和電源4,所述工控機板卡1與采集卡2的輸出端電連接，所述采集卡2的輸入端與調理電路5電連接，所述調理電路5電連接超導磁體內部的傳感器12和制冷機13,調理電路模塊5—方面接受來自于采集卡2的軟件控制信號，另一方面將超導磁體傳感器信號進行采集和調理，送給采集卡2進行處理。調理電路模塊5是超導磁體監控儀硬件電路的核心模塊，所述GPS單元3與工控機板卡1電連接， 所述電源4分別與GPS單元3和調理電路5電連接，所述電源4將220V交流電轉換成12V、15V、_15V、48V直流電輸出。
[0021] 所述調理電路5包括與超導磁體內部的傳感器12電連接的BO線圈控制電路51、氦液面測量電路52、溫度測量電路53、壓力測量及控制電路54、緊急失超控制電路55和單片機采集電路56,所述單片機采集電路56通過串行接口 RS232與工控機板卡1電連接，且該單片機采集電路56還電連接有用于對超導磁體內部的制冷機進行檢測的制冷機狀態監測電路 57、電源電壓監測電路58和電纜連接狀態監測電路59。[〇〇22] 所述工控機板卡1電連接有LCD觸摸屏6,所述調理電路5電連接有蜂鳴器7和指示燈8,所述GPS單元3連接有遠程服務器9和移動設備10,所述移動設備10為手機。[〇〇23]所述工控機板卡1通過PCI接口或USB接口與采集卡2的輸出端電連接，所述GPS單元3通過串行接口與工控機板卡1電連接。
[0024]所述采集卡2上設置有多于16路的數字I/O通道、多于8路的A/D接口以及多于2路的DA接口。[〇〇25]為了方便理解本發明的上述技術方案，以下通過具體使用方式上對本發明的上述技術方案進行詳細說明。
[0026]如圖2所示，一種超導磁體監控儀的使用方法，包括如下步驟:51、啟動監控儀并進行開機測試；52、檢測到開機正常時，進入無限循環，否則退出程序；53、工控機板卡1獲取時間數據，根據時間間隔確定是否需要啟動對應模塊進行測試；54、若時間間隔正確，則啟動相應的調理電路5;55、調理電路5測量完成后，在LCD觸摸屏6上顯示更新，同時進行故障診斷，判斷各個參數是否正常；56、異常情況下，通過IXD觸摸屏6、蜂鳴器7和手機進行短信提示；其中，所述步驟S4中的調理電路包括B0線圈控制電路51、氦液面測量電路52、溫度測量電路53、壓力測量及控制電路54、緊急失超控制電路55和單片機采集電路56,所述壓力測量及控制電路54 —分鐘采樣一次，B0線圈控制電路51和氦液面測量電路52二十四小時檢測一次，所述溫度測量電路53、緊急失超控制電路55和單片機采集電路56—小時監測一次。
[0027]下面逐一說明超導磁體各個測量功能的實現方式:B0線圈控制電路的工作流程:工控機板卡發0，采集卡P0.0端口發出低電平，B0線圈控制電路工作，啟動B0線圈加熱；等待1秒鐘以后，采集卡AD端口A1.3單端采樣方式測量返回的電壓，得到B0加熱電纜的連接狀態;保持40秒鐘以后，工控機板卡發1，采集卡P0.0端口發出高電平，停止B0加熱。
[0028]氦液面測量電路的工作流程:工控機板卡發出測量命令，調理電路氦液面測量的恒流源開始工作，恒流源加載到超導磁體內的氦液面計，得到與氦液面高度成比例的電壓信號，電壓信號連接到采集卡的AD轉換端口，通過監控儀內部軟件計算得到氦液面高度;氦液面測量的恒流源可調，從而適應不同廠商的氦液面計;例如:工控機板卡發〇，采集卡P0.1 端口發出低電平，啟動氦液面測量;等待2秒鐘以后，采集卡AD端口A1.0和A1.8差分采樣方式測量氦液面傳感器返回電壓:繼續測量2秒鐘以后，工控機板卡發1，采集卡P0.1端口發出高電平，停止氦液面測量。
[0029]溫度測量電路工作流程:可以進行多路測量信號(例如8路)，測量溫度范圍從4.2K?300K范圍。工控機板卡發出溫度測量命令，通過采集卡選通一路溫度，調理電路溫度測量的恒流源工作，加載到超導磁體內的溫度計，得到與溫度成比例的電壓信號，連接到采集卡的AD轉換端口，通過監控儀內部軟件計算得到超導磁體內部的測量點溫度;溫度測量的恒流源可調，從而可以適應不同廠商的溫度傳感器;例如本發明可以測量8路溫度通道，工控機板卡發出通道號，采集卡的3路數字口(？0.3、？0.4、？0.5)輸出通道號，經過3-8譯碼器，選通溫度通道;工控機板卡發1，采集卡P0.6端口輸出高電平，啟動溫度測量;等待500毫秒以后，差分采樣方式采集溫度傳感器電壓，其中，AD端口 A1.1和A1.9測量4.2K溫區，A1.6和 A1.14測量20K以上溫區；持續測量2秒鐘以后，停止測量。
[0030]壓力測量及控制電路工作流程:由超導磁體傳感器接至調理電路，經過信號調理后，接到采集卡AD轉換接口，通過監控儀內部軟件計算得到超導磁體液氦腔內部壓力;根據壓力的狀態，決定是否輸出壓力加熱信號；當輸出壓力加熱信號時，調理板輸出與壓力控制信號成比例的加熱電壓，對超導磁體液氦杜瓦內的壓力進行控制;壓力測量是實時進行的， 不需要工控機板卡發出測量控制命令。采集卡AD端口 A1.2和A1.10差分采樣方式測量壓力信號，A1.4單端采樣方式測量壓力傳感器電纜的連接狀態;工控機板卡根據壓力差，判斷是否需要加熱。采集卡端口A0.0輸出模擬控制信號，調理電路輸出與控制信號成比例的電壓信號給超導磁體的壓力加熱器。
[0031]緊急失超控制電路工作流程:當按下緊急失超按鈕時，調理電路的延時繼電器接通，直流電源加到失超加熱帶上，使超導磁體內部的超導線圈失超，快速將超導線圈電流降下來，監控儀內部軟件會記錄下這個過程，并形成日志文件；當調理電路檢測到失超按鈕按下以后，給超導磁體失超加熱帶供電，并將緊急失超狀態通過采集卡發給工控機板卡。
[0032]單片機采集電路:超導磁體的制冷機帶有運行狀態接口，從接口可以得到制冷機的電源狀態、溫度和壓力信號。將信號送到單片機處理后，通過串行接口發送到工控機，經過監控儀內軟件處理，得到制冷機狀態，指示運行狀態正常或者發出警報。
[0033]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種超導磁體監控儀，包括機箱(11)，其特征在于:所述機箱(11)內部設置有工控機 板卡(1)、采集卡(2)、調理電路(5)、GPS單元(3)和電源(4)，所述工控機板卡(1)與采集卡 (2)的輸出端電連接，所述采集卡(2)的輸入端與調理電路(5)電連接，所述調理電路(5)電 連接超導磁體內部的傳感器(12 )和制冷機(13 )，所述GPS單元(3 )與工控機板卡(1)電連接， 所述電源(4)分別與GPS單元(3)和調理電路(5)電連接。2.根據權利要求1所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述調理電路(5)包括與超導 磁體內部的傳感器(12 )電連接的B0線圈控制電路(51 )、氦液面測量電路(5 2 )、溫度測量電 路(53)、壓力測量及控制電路(54)、緊急失超控制電路(55)和單片機采集電路(56)，所述單 片機采集電路(56)通過串行接口 RS232與工控機板卡(1)電連接，且該單片機采集電路(56) 還電連接有制冷機狀態監測電路(57)、電源電壓監測電路(58)和電纜連接狀態監測電路 (59)〇3.根據權利要求1所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述工控機板卡(1)電連接有 LCD觸摸屏(6)。4.根據權利要求1所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述調理電路(5)電連接有蜂 鳴器(7)和指示燈(8)。5.根據權利要求1所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述GPS單元(3)連接有遠程服 務器(9)和移動設備(10)。6.根據權利要求5所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述移動設備(10 )為手機。7.根據權利要求3所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述工控機板卡(1)通過PCI接 口或USB接口與采集卡(2 )的輸出端電連接。8.根據權利要求5所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述GPS單元(3)通過串行接口 與工控機板卡(1)電連接。9.根據權利要求1所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述采集卡(2)上設置有多于 16路的數字I/O通道、多于8路的A/D接口以及多于2路的DA接口。10.根據權利要求1所述的超導磁體監控儀，其特征在于:所述電源(4)將220V交流電轉 換成12￥、15￥、-15￥、48￥直流電輸出。
【文檔編號】G01R31/00GK106019004SQ201610326108
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】林海洋
【申請人】北京斯派克科技發展有限公司