一种共振式在线束流位置探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种共振式在线束流位置探测器，包括信号处理件，还包括圆柱结构的探测器本体，探测器本体内部设有腔体，探测器本体上设有束流通道，探测器本体的空腔内还设有圆环结构的PCB基体，束流通道与探测器本体和PCB基体保持同轴度，PCB基体上设有磁探针回路线圈，信号处理件与磁探针回路线圈连接，探测器本体的腔体内还设有金属垫片，金属垫片呈环形阵列分布在PCB基体的两侧，金属垫片一侧与束流通道连接，另一侧朝向磁探针回路线圈。本发明专利技术用于加速器的束流位置以及束流流强测量，对加速器的研发调试起到非常重大的作用，并且对于纳秒级单脉冲以及纳秒级的连续微脉冲，该发明专利技术能够快速响应，并且对于连续微脉冲，能够实现共振式测量。

A resonant in-line beam position detector

【技术实现步骤摘要】
一种共振式在线束流位置探测器
本专利技术涉及加速器束流测量领域，具体涉及一种共振式在线束流位置探测器。
技术介绍
束流探测器被比作加速器的眼睛，缺少束流探测器就没法对加速器进行调试，可以说，束流探测器是加速器的重要组成部件之一。从束流探测器的发展来看，从早期阻断式到现今流行的非阻断式，主要有荧光靶、法拉第筒、洛科夫斯基线圈、条带型束流探测器、纽扣型束流探测器、壁电流检测器、磁探针、以及谐振腔探测器。目前，常用的束流探测器有纽扣型束流探测器以及壁电流探测器。壁电流检测器在实际应用中对于几十纳秒上升前沿的脉冲束流，频率响应和精度是合格的，但是对于高频振荡就无能为力了。另外，壁电流检测器的电阻环基本上都是1欧姆的金属膜电阻，与加速器强电系统相连，在实验中很容易被打坏，更换麻烦；并且，以往束流探测器多针对单脉冲，另外，对于百纳秒单脉冲，宏脉冲频率为百赫兹的连续脉冲，也可以把百纳秒的脉冲当做单脉冲处理，对于周期为纳秒级别的连续微脉冲，探测器需要对高频进行快速响应，并且，探测器的带通频率不能错开连续微脉冲频率，否则很难得到大的信号，因此需要共振式测量，要对纳秒级别的连续微脉冲进行测量，需要提出一种新的测量手段。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供一种共振式在线束流位置探测器，用于加速器的束流位置以及束流流强测量，对加速器的研发调试起到非常重大的作用，并且对于纳秒级单脉冲以及纳秒级的连续微脉冲，该专利技术能够快速响应。本专利技术通过下述技术方案实现：<br>一种共振式在线束流位置探测器，包括信号处理件，还包括圆柱结构的探测器本体，探测器本体内部设有腔体，所述探测器本体的两个圆面上均设有束流通道，束流通道与腔体连通，所述探测器本体的空腔内还设有圆环结构的PCB基体，并且束流通道与探测器本体和PCB基体保持同轴度；所述PCB基体上设有若干扇形结构的磁探针回路线圈，磁探针回路线圈为双层结构，所述磁探针回路线圈呈环形阵列分布在PCB基体上的两个圆面上，信号处理件与磁探针回路线圈连接；PCB基体的两侧均设有数量与磁探针回路线圈数量相同的金属垫片，金属垫片与磁探针回路线圈一一对应，并且所述金属垫片呈环形阵列分布在PCB基体的两侧，金属垫片一侧与束流通道连接，另一侧位于腔体内，并且朝向磁探针回路线圈。本技术方案当束流在束流通道内前进时，根据电动力学的知识，会在束流前进的角向方向产生角向磁感应强度，实验室坐标系中，当束流强度固定时，实验室坐标系中某一点的磁感应强度大小恒定，然而，当束流为单脉冲形式时，或者为连续微脉冲分布形式时，实验室坐标系中某一点的磁感应强度将是变化的，利用法拉第电磁感应定律：导体回路中感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比，可以设计磁探针回路线圈固定于实验室坐标系中的某一点，当脉冲束流通过磁探针回路线圈附近时，在磁探针回路线圈的线圈回路上产生变化的磁通量，因此会在磁探针回路线圈上产生感应电动势，感应电动势传递至信号处理件，利用信号处理件对信号进行分析处理，就能得束流的偏置以及流强。同时，本技术方案通过调整磁探针回路线圈感应线圈扎数、线宽、金属垫片厚度等参数调整整个探测器的频率共振参数，能够用于纳秒级单脉冲束流测量，实现纳秒级粒子束的高频快速响应，该专利技术也能够用于纳秒级连续微脉冲束流测量，实现对连续纳秒级微脉冲粒子束高频快速响应，对连续微脉冲实现自积分共振式测量。进一步地，所述PCB基体的圆面上还设有若干插销孔，插销孔呈环形阵列分布在PCB基体上，所述探测器本体上还设有数量与插销孔数量相同的插销，插销插入至插销孔，将PCB基体固定在探测器本体的腔体内。设计的插销和插销孔用于对PCB基体进行固定，利用探测器本体上设置的插销插入至PCB基体上的插销孔内，实现了对PCB基体的固定，保证其能够稳定固定在探测器本体的腔体内。进一步地，所述磁探针回路线圈为四个，磁探针回路线圈包括若干布线、若干布线焊盘以及若干过孔，所述布线均匀地分布在PCB基体的圆面上，所述过孔呈两排均匀地贯穿在PCB基体的圆面上，并且位于同一排上的过孔到PCB基体轴线的距离相等，所述过孔的两端与布线焊盘连接，相邻两排的过孔通过布线连接形成依次连通的回路。所述过孔的轴线均与PCB基体的轴线平行，所述布线焊盘的内径与过孔内径相等，所述布线焊盘的外径大于过孔的内径，但是两焊盘之间的距离不能小于电气安全距离。设置的磁探针回路线圈通过印刷电路工艺印刻在电路板上，并且磁探针回路线圈为双层板设计，布线于PCB基体材料器件的上下两个表面，垂直于圆环形PCB基体的圆形平面为圆柱坐标系的轴向Z方向建立坐标系，过孔与Z轴方向平行，过孔内孔径根据PCB工艺以及PCB基体的大小而定，过孔镀层厚度也与PCB电镀工艺相关。过孔连接着线圈上下表面的布线焊盘，布线焊盘的内孔径与过孔内孔径相等，布线焊盘的外孔径比过孔的内孔径大，目的是使布线焊盘与PCB基体表面布线稳定连接。另外，线圈内径的布线焊盘与线圈外径的布线焊盘排列在圆环形PCB基体器件的同心圆上。进一步地，所述磁探针回路线圈还包括数量与磁探针回路线圈数量相同的接头，所述磁探针回路线圈还包括接头焊盘，所述接头焊盘与布线连接，所述接头沿探测器本体的径向方向插入至探测器本体内与接头焊盘连接。设置的接头用于与磁探针回路线圈的布线连接，使得束流通过PCB基体时，磁探针回路线圈回路上产生的感应电动势将通过接头传递至信号处理件，对产生的感应电动势强度进行测量。进一步地，所述金属垫片为八个，均匀地分布在PCB基体的两侧，金属垫片包括第一弧形片和第二弧形片，所述第一弧形片的弧长大于第二弧形片的弧长，并且第一弧形片一侧与第二弧形片连接，整体呈凸字结构，另一侧与束流通道连接。所述第一弧形片和第二弧形片均与探测器本体同轴心，第一弧形片上设有螺栓，螺栓将第一弧形片与探测器本体固定，第二弧形片位于探测器本体的腔体内，并且朝向磁探针回路线圈。设置的金属垫片位于探测器本体的腔体的两个侧壁上，在任意一个侧壁上金属垫片均呈90°中心对称，金属垫片的大小设计与PCB基体上的磁探针回路线圈回路的扎数大小相关，且安装时，金属垫片需要与磁探针回路线圈正对。本技术方案的整个线路可以用分布式电路分析，束流管道与金属垫片连接，所以金属垫片接地，金属垫片与磁探针回路线圈正对，金属垫片凸起的厚度(或者说金属垫片的厚度)影响着线圈与束流管道接地的距离，进而直接影响探测线圈与束流管道的分布电容，在后期探测腔体谐振频率的调节上，可以更换不同厚度的金属垫片以满足实际需要的谐振频率。进一步地，还包括圆柱结构的外壳，所述探测器本体位于外壳内，所述探测器本体的外周外壁上还设有四个与接头一一对应的连接筒，连接筒一端与探测器本体连接，另一端插入在外壳的外周外壁上，所述接头插入在连接筒内与信号处理件连接。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术一种共振式在线束流位置探测器，利用设计磁探针回路线圈固定于实验室坐标系中的某一点，当脉冲束流通过磁探针回路线圈附近时，在磁探针回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共振式在线束流位置探测器，包括信号处理件，其特征在于，还包括圆柱结构的探测器本体（4），探测器本体（4）内部设有腔体，所述探测器本体（4）的两个圆面上均设有束流通道（1），束流通道（1）与腔体连通，所述探测器本体（4）的空腔内还设有圆环结构的PCB基体（7），并且束流通道（1）与探测器本体（4）和PCB基体（7）保持同轴度；/n所述PCB基体（7）上设有若干具有双层结构的磁探针回路线圈（9），所述磁探针回路线圈（9）呈环形阵列分布在PCB基体（7）上的两个圆环面上，并且信号处理件与磁探针回路线圈（9）连接；/nPCB基体（7）的两侧均设有数量与磁探针回路线圈（9）数量相同的金属垫片（5），金属垫片（5）与磁探针回路线圈（9）一一对应，并且金属垫片（5）呈环形阵列分布在PCB基体（7）的两侧；金属垫片（5）一侧与束流通道（1）连接，另一侧位于腔体内并且朝向磁探针回路线圈（9）。/n

【技术特征摘要】
1.一种共振式在线束流位置探测器，包括信号处理件，其特征在于，还包括圆柱结构的探测器本体（4），探测器本体（4）内部设有腔体，所述探测器本体（4）的两个圆面上均设有束流通道（1），束流通道（1）与腔体连通，所述探测器本体（4）的空腔内还设有圆环结构的PCB基体（7），并且束流通道（1）与探测器本体（4）和PCB基体（7）保持同轴度；
所述PCB基体（7）上设有若干具有双层结构的磁探针回路线圈（9），所述磁探针回路线圈（9）呈环形阵列分布在PCB基体（7）上的两个圆环面上，并且信号处理件与磁探针回路线圈（9）连接；
PCB基体（7）的两侧均设有数量与磁探针回路线圈（9）数量相同的金属垫片（5），金属垫片（5）与磁探针回路线圈（9）一一对应，并且金属垫片（5）呈环形阵列分布在PCB基体（7）的两侧；金属垫片（5）一侧与束流通道（1）连接，另一侧位于腔体内并且朝向磁探针回路线圈（9）。


2.根据权利要求1所述的一种共振式在线束流位置探测器，其特征在于，所述PCB基体（7）的圆面上还设有若干插销孔（8），插销孔（8）呈环形阵列分布在PCB基体（7）上，所述探测器本体（4）上还设有数量与插销孔（8）数量相同的插销，插销插入至插销孔（8）内，将PCB基体（7）固定在探测器本体（4）的腔体内。


3.根据权利要求1所述的一种共振式在线束流位置探测器，其特征在于，所述磁探针回路线圈（9）为四个，所述PCB基体（7）两侧的金属垫片（5）均为四个。


4.根据权利要求1所述的一种共振式在线束流位置探测器，其特征在于，所述磁探针回路线圈（9）包括若干布线（10）、若干布线焊盘（12）以及若干过孔（11），所述过孔（11）呈两排均匀地贯穿在PCB基体（7）的圆环面上，并且位于同一排上的过孔（11）到PCB基体（7）轴线的距离相等，所述过孔（11）的两端与布线焊盘（12）连接，所述布线（10）分布在PCB基体（...

【专利技术属性】
技术研发人员：白海涛，王毅，何小中，廖树清，石金水，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51