一种对撞区特种磁铁线圈保护装置及电子对撞机制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对撞区特种磁铁线圈保护装置及电子对撞机，其中，线圈保护装置包括电压采集器、模拟信号处理模块和数字信号处理模块；电压采集器与对撞机磁铁各线圈连接，用于采集线圈电压值；所述模拟信号处理模块用于对所述电压值进行信号隔离和一次滤波；数字信号处理模块用于对经过一次滤波后的电压值进行模数转换、二次滤波和归一化处理后与设置的过温判断阈值进行比较，判断过温故障进行过温保护。本发明专利技术通过数字滤波避免干扰信号造成的误报警；通过对多个线圈进行归一化处理，通过与设置的阈值进行比较，发现温升异常，可以在线圈温度上升到75℃时给出断电信号，在0.02秒内切断磁铁电源输出电流，对加速器磁铁线圈有效实现可靠及时的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种对撞区特种磁铁线圈保护装置及电子对撞机
本专利技术涉及对撞机
，尤其是一种对撞区特种磁铁线圈保护装置及电子对撞机。
技术介绍
如图1所示，正负电子对撞机(BEPCII)对撞区特种磁铁分别为Q1a、Q1b(切割型四极磁铁)和ISPB磁铁(切割型二级磁铁),由于磁铁安装设计条件所限，线圈的电流密度高达50A/mm2，是普通线圈的十倍。特种磁铁线圈为铜导体，具有正温度系数的特点，给磁铁供电为直流大电流电源,当通工作电流时线圈导体发热，阻值会相应升高，每块磁铁的线圈都用冷却水路并联冷却。当磁铁绕组通工作电流时如果冷却水路出现断路或阻塞，绕组将会迅速发热并烧毁，不仅付出昂贵的设备重造费用而且会造成对撞机停止供束，浪费对撞机时。对于磁铁线圈的过温保护，国内加速器通常有两种方式，一种是采用温控开关温度控制器KSD301、302，通过PLC采集触点信号串行扫描，一种是pt100的温度传感器把温度变化转换为电阻值,再通过引线把信号传递到计算机控制装置，无论是哪种方式，其响应时间都要超过3s，对于对撞区特种铁温度保护20ms的指标是不可能满足的。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种对撞区特种磁铁线圈保护装置及电子对撞机，检测和判断对撞机特种线圈的温度是否超温，并实现快速有效的保护。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种对撞区特种磁铁线圈过温保护装置，包括，电压采集器、模拟信号处理模块和数字信号处理模块；所述电压采集器与对撞机磁铁各线圈连接，用于采集对撞机磁铁各路线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的路数；所述模拟信号处理模块与所述电压采集器连接，用于对所述电压值U线i进行信号隔离和一次滤波；所述数字信号处理模块与模拟信号处理模块连接，用于对经过一次滤波后的各线圈电压值进行模数转换、二次滤波和归一化处理后，得到归一化数字电压值U归i，并将所述数字电压值U归i与设置的过温判断阈值进行比较，判断过温故障，输出控制信号断开磁铁电源进行过温保护。进一步地，所述数字信号处理模块包括模数转换模块、数字滤波模块、归一化模块、阈值生成模块、过温判断模块和指令输出模块；所述模数转换模块与模拟信号处理模块连接，用于对模拟信号处理模块输出的各线圈电压值进行模数转换得到各线圈的数字电压值；所述数字滤波模块与所述模数转换模块连接，用于各线圈的数字电压值进行二次滤波，输出数字电压值U滤i；所述归一化模块与所述数字滤波模块连接，用于对数字电压值U滤i进行归一化处理得到各线圈的归一化数字电压U归i；所述阈值生成模块，用于生成判断过温故障的阈值；所述过温判断模块与所述归一化模块和所述阈值生成模块分别连接，通过将归一化数字电压U归i与判断过温故障的阈值进行比较，判断过温故障输出过温保护指令；所述指令输出模块与磁铁电源的开关驱动器连接，用于将所述过温保护指令输出到磁铁电源的开关驱动器，控制磁铁电源断开进行过温保护。进一步地，所述数字滤波模块采用FIR滤波器。进一步地，所述归一化模块采用的归一化公式为U归i＝U滤i×ki；式中，Ti为第i个线圈的温度实际测量值；Ui为该线圈在温度Ti时经滤波处理后的线圈电压值；I测为磁铁电源DCCT电流的实际测量值；I设为磁铁电源DCCT电流的设定值。进一步地，所述阈值生成模块包括第一阈值生成模块、第二阈值生成模块和第三阈值生成模块；所述第一阈值生成模块，用于生成判断是否发生水路阻塞故障的第一阈值U阈1；所述第二阈值生成模块，用于生成判断是否发生完全断水故障的第二阈值U阈2；所述第三阈值生成模块，用于生成判断是否发生断线故障的第三阈值U阈3。进一步地，所述第一阈值生成模块包括均值模块和乘法器；所述均值模块与归一化模块连接，用于计算所述各线圈的归一化数字电压U归i的均值所述乘法器与所述均值模块连接，用于将预制的第一阈值系数与相乘，得到第一阈值U阈1，输出到过温判断模块；所述第一阈值系数为110％；所述第二阈值生成模块，接收经过数字滤波后的磁铁电源DCCT的数字电压值，与预制的第二阈值系数相乘，得到第二阈值U阈2，输出到过温判断模块；所述第二阈值系数为110％；所述第二阈值生成模块，接收经过数字滤波后的磁铁电源DCCT的数字电压值，与预制的第三阈值系数相乘，得到第三阈值U阈3，输出到过温判断模块；所述第三阈值系数为50％。进一步地，所述过温判断模块包括第一故障判断模块、第二故障判断模块和第三故障判断模块；所述第一故障判断模块与归一化模块和第一阈值生成模块连接；当归一化模块输出的第i路归一化数字电压U归i＞U阈1时，则输出过温保护指令和过温报警日志；所述第二故障判断模块与归一化模块和第二阈值生成模块连接；当归一化模块输出的第i路归一化数字电压U归i＞U阈2时，则输出过温保护指令和过温报警日志；所述第三故障判断模块与归一化模块和第三阈值生成模块连接；当归一化模块输出的第i路归一化数字电压U归i＜U阈3时，则生成过温保护指令和过温报警日志；所述过温报警日志包括过温故障线圈编号和故障类型在内的故障信息。进一步地，还包括人机交互模块；所述人机交互模块与所述归一化模块连接，接收归一化数字电压进行显示，用于操作人员进行电压监管；所述人机交互模块与过温判断模块连接，接收所述过温判断模块生成的过温报警日志，用于操作人员判断过温故障原因和确定故障线圈。进一步地，所述数字信号处理模块为cRIO模块。一种对电子对撞机，包括上述任一对撞区特种磁铁线圈过温保护装置。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过数字滤波避免干扰信号造成的误报警；通过对多个线圈进行归一化处理，使各路不同长度的线圈阈值得到统一；通过与设置的阈值进行比较，发现温升异常，可以在线圈温度上升到75℃时给出断电信号，在0.02秒内切断磁铁电源输出电流，对加速器磁铁线圈有效实现可靠及时的保护。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为对撞区磁铁安装条件实物图；图2为本专利技术实施例中的对撞机磁铁线圈过温保护装置组成连接图；图3为本专利技术实施例中的500mV磁铁线圈信号上叠加300mV干扰信号波形图；图4为本专利技术实施例中的数字信号处理模块组成连接图；图5为本专利技术实施例中的FIR滤波器转置型结构图；图6为本专利技术实施例中的数字滤波后的信号波形图；图7为本专利技术实施例中的DCCT与线圈电压倍数关系图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本专利技术实施例公开了一种对撞区特种磁铁线圈保护装置，如图2所示，包括，电压采集器、模拟信号处理模块和数字信号处理模块；所述电压采集器与对撞机磁铁各线圈连接，用于采集对撞机磁铁各路线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的路数；根据对撞区磁铁线圈的实际测量，发现叠加在有用信号上的干扰信号很大，如图3所示，需要对采集的电压值U线i进行滤波处理；所述模拟信号处理模块与所述电压采集器连接，包括隔离器和RC滤波器；隔离器，用于对磁铁线圈的强电流信号与数字信号处理模块进行隔离，防止强电流损坏数字信号处理模块；RC滤波器，用于对电压采集器采集的各线圈电压值U线i进行一次滤波。所述数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对撞区特种磁铁线圈过温保护装置，其特征在于，包括，电压采集器、模拟信号处理模块和数字信号处理模块；所述电压采集器与对撞机磁铁各线圈连接，用于采集对撞机磁铁各路线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的路数；所述模拟信号处理模块与所述电压采集器连接，用于对所述电压值U线i进行信号隔离和一次滤波；所述数字信号处理模块与模拟信号处理模块连接，用于对经过一次滤波后的各线圈电压值进行模数转换、二次滤波和归一化处理后，得到归一化数字电压值U归i，并将所述数字电压值U归i与设置的过温判断阈值进行比较，判断过温故障，输出控制信号断开磁铁电源进行过温保护。

【技术特征摘要】
1.一种对撞区特种磁铁线圈过温保护装置，其特征在于，包括，电压采集器、模拟信号处理模块和数字信号处理模块；所述电压采集器与对撞机磁铁各线圈连接，用于采集对撞机磁铁各路线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的路数；所述模拟信号处理模块与所述电压采集器连接，用于对所述电压值U线i进行信号隔离和一次滤波；所述数字信号处理模块与模拟信号处理模块连接，用于对经过一次滤波后的各线圈电压值进行模数转换、二次滤波和归一化处理后，得到归一化数字电压值U归i，并将所述数字电压值U归i与设置的过温判断阈值进行比较，判断过温故障，输出控制信号断开磁铁电源进行过温保护。2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述数字信号处理模块包括模数转换模块、数字滤波模块、归一化模块、阈值生成模块、过温判断模块和指令输出模块；所述模数转换模块与模拟信号处理模块连接，用于对模拟信号处理模块输出的各线圈电压值进行模数转换得到各线圈的数字电压值；所述数字滤波模块与所述模数转换模块连接，用于各线圈的数字电压值进行二次滤波，输出数字电压值U滤i；所述归一化模块与所述数字滤波模块连接，用于对数字电压值U滤i进行归一化处理得到各线圈的归一化数字电压U归i；所述阈值生成模块，用于生成判断过温故障的阈值；所述过温判断模块与所述归一化模块和所述阈值生成模块分别连接，通过将归一化数字电压U归i与判断过温故障的阈值进行比较，判断过温故障输出过温保护指令；所述指令输出模块与磁铁电源的开关驱动器连接，用于将所述过温保护指令输出到磁铁电源的开关驱动器，控制磁铁电源断开进行过温保护。3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述数字滤波模块采用FIR滤波器。4.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述归一化模块采用的归一化公式为U归i＝U滤i×ki；式中，Ti为第i个线圈的温度实际测量值；Ui为该线圈在温度Ti时经滤波处理后的线圈电压值；I测为磁铁电源DCCT电流的实际测量值；I设为磁铁电源DCCT电流的设定值。5.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述阈值生成模块包括第一阈值生成模块、第二阈值生成模块和第三阈值生成模块；所述第一阈值生成模块，用于生成判断是否发生水路阻塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈素颖，王放安，龙锋利，李洋，韩超，刘鹏，郜垚，王冠文，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11