一种能够抑制纹波的磁铁及其参数确定方法技术

本申请实施例提供一种能够抑制纹波的磁铁及其参数确定方法，所述能够抑制纹波的磁铁包括：电磁铁和阻抗网络，其中，所述阻抗网络包括：设置于所述电磁铁的铁芯上的附加线圈以及并联在所述附加线圈的两端的电阻‑电容电路；所述阻抗网络被设置为当所述电磁铁的线圈通入励磁电流时，通过对所述励磁电流中所包含的电流纹波进行抑制，抑制所述电磁铁所产生的磁场中所包含的磁场纹波。如此，实现了在磁铁端抑制磁场纹波，成本较低。

A kind of magnet which can restrain ripple and its parameter determination method

【技术实现步骤摘要】
一种能够抑制纹波的磁铁及其参数确定方法
本申请涉及核
，尤其涉及一种能够抑制纹波的磁铁及其参数确定方法。
技术介绍
同步加速器(Synchrotron)是一种使带电粒子在高真空中受磁场力控制沿固定环形轨道运动，受电场力作用不断加速(升能)达到高能量的装置。为了维持升能过程粒子轨道固定，同步加速器需要保持磁场幅度和电场频率随粒子能量同步变化，最终引出粒子束流为基础科学研究、临床医学以及工业生产领域提供各种粒子束和辐射线。其中，产生和控制磁场的电磁铁是同步加速器的关键设备，其控制精度直接影响束流品质。在实际应用中，由于实际电源输出的电流总是存在电流纹波，流入电磁铁后就会产生磁场纹波，而影响束流品质。目前主要是在电源端抑制磁场纹波，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供一种能够抑制纹波的磁铁及其参数确定方法，实现了在磁铁端抑制磁场纹波，成本较低。本申请实施例主要提供如下技术方案：第一方面，本申请实施例提供了一种能够抑制纹波的磁铁，应用于同步加速器中，应用于同步加速器中，所述能够抑制纹波的磁铁包括：电磁铁和阻抗网络，其中，所述阻抗网络包括：设置于所述电磁铁的铁芯上的附加线圈以及并联在所述附加线圈的两端的电阻-电容电路；所述阻抗网络被设置为当所述电磁铁的线圈通入励磁电流时，通过对所述励磁电流中所包含的电流纹波进行抑制，抑制所述电磁铁所产生的磁场中所包含的磁场纹波。第二方面，本申请实施例提供了一种同步加速器，所述同步加速器包括：上述的能够抑制纹波的磁铁。r>第三方面，本申请实施例提供了一种参数确定方法，应用于上述一个或多个的能够抑制纹波的磁铁中；所述方法包括：获得阻抗网络的电感参数，其中，所述电感参数为在所述阻抗网络开路，电磁铁的线圈通入励磁电流时所测量得到的磁化电感值；根据所述电感参数，通过纹波抑制模型，确定出所述阻抗网络的电阻参数和电容参数，其中，所述纹波抑制模型通过所述阻抗网络的标准传递函数和预设的目标传递函数得到，所述预设的目标传递函数的响应特性介于巴特沃斯响应和贝塞尔响应之间。第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在计算机设备执行上述的参数确定方法的步骤。第五方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：至少一个处理器；以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述的参数确定方法的步骤。本申请实施例提供的能够抑制纹波的磁铁及其参数确定方法，应用于同步加速器中，该能够抑制纹波的磁铁可以包括：电磁铁和阻抗网络，其中，阻抗网络包括：设置于电磁铁的铁芯上的附加线圈以及并联在附加线圈的两端的电阻-电容电路；所述阻抗网络被设置为当所述电磁铁的线圈通入励磁电流时，通过对所述励磁电流中所包含的电流纹波进行抑制，抑制所述电磁铁所产生的磁场中所包含的磁场纹波。如此，只需要在同步加速器中的电磁铁上设置阻抗网络就可以实现在磁铁端抑制磁场纹波，保留有用的磁场信号，成本较低。本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1A为现有同步加速器中电磁铁的示意图；图1B为现有同步加速器的磁场曲线示意图；图2为本申请实施例中的能够抑制纹波的磁铁的示意图；图3为如图1A所示的同步加速器中电磁铁的等效电路图；图4为如图2所示的能够抑制纹波的磁铁的等效电路图；图5为本申请实施例中的参数确定方法的流程示意图；图6A为本申请实施例中的励磁电流的时域曲线；图6B为本申请实施例中的励磁电流的频域曲线；图6C为本申请实施例中预设的目标传递函数的幅度、相位和群时延响应曲线；图7为本申请实施例中的计算机设备的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在实际应用中，通常同步加速器中会设置一台或多台如图1A所示的电磁铁，通过一台电源串联供电。参见图1B所示，由于实际电源输出的电流总是存在电流纹波，在带有电流纹波的电流流入同步加速器中的电磁铁后，电磁铁就会产生带有磁场纹波的磁场，导致降低了磁场控制精度，从而影响了同步加速器的束流品质。因此，同步加速器大多有严格的磁铁电源纹波指标，例如，欧洲核子中心对质子医疗装置研究报告指出100Hz(赫兹)磁场纹波低于10ppm(partspermillion，百万分之一)，这对同步加速器中所使用的电磁铁和电源提出了非常高的要求。在相关技术中，对同步加速器的磁场纹波抑制是从电源端进行的，主要包括以下两个方面：(1)、通过降低电源输出电流纹波来对同步加速器的磁场纹波进行抑制。主要措施包括：优化有源和无源滤波器、提高零磁通电流互感器的精度、采用先进的反馈控制算法等。但是，随着电源纹波精度的提高其成本也越来越高，而且，以现有电源技术水平纹波精度提高的空间也不大，难以胜任更高纹波精度的要求。(2)、通过降低电源到磁铁配电网络的噪声耦合和传输来对同步加速器的磁场纹波进行抑制。主要措施包括：采用对称布线的磁铁供电方法有效分离共模和差模噪声分别进行抑制。但是，这种方法需要对整个磁铁供电网络进行改造和优化，成本也较高，而且对于不同的磁铁，供电布线都需要精心设计和逐一调试，需要时间较长。可见，在电源端抑制磁场纹波成本较高。为此，本申请专利技术人提出一种能够抑制纹波的磁铁，能够直接在磁铁端抑制磁场纹波。在实际应用中，可以将该能够抑制纹波的磁铁应用于同步加速器中，如此，通过在磁铁端抑制有害的磁场纹波，保留有效的磁场，不但能够提高束流品质，而且成本较低。图2为本申请实施例中的能够抑制纹波的磁铁的示意图，参见图2所示，该能够抑制纹波的磁铁可以包括：电磁铁10和阻抗网络11，其中，阻抗网络11包括：设置于电磁铁10的铁芯101上的附加线圈111以及并联在附加线圈111的两端的电阻-电容电路(Resistor-Capacitancecircuit，RC电路)112；阻抗网络11被设置为当电磁铁10的线圈102通入励磁电流时，通过对励磁电流中所包含的电流纹波进行抑制，抑制电磁铁10所产生的磁场中所包含的磁场纹波。其中，电磁铁是一种通电产生磁场的装置。如图2所示，电磁铁10可以包括：铁芯101以及设置于铁芯101上的线圈102。在实际应用中，铁芯可以由诸如软铁、硅钢片等在放入外部磁场中容易被外部磁场磁化且在去掉外部磁场后又容易退磁的材料制成。...

【技术保护点】
1.一种能够抑制纹波的磁铁，其特征在于，应用于同步加速器中，所述能够抑制纹波的磁铁包括：电磁铁和阻抗网络，其中，/n所述阻抗网络包括：设置于所述电磁铁的铁芯上的附加线圈以及并联在所述附加线圈的两端的电阻-电容电路；/n所述阻抗网络被设置为当所述电磁铁的线圈通入励磁电流时，通过对所述励磁电流中所包含的电流纹波进行抑制，抑制所述电磁铁所产生的磁场中所包含的磁场纹波。/n

【技术特征摘要】
1.一种能够抑制纹波的磁铁，其特征在于，应用于同步加速器中，所述能够抑制纹波的磁铁包括：电磁铁和阻抗网络，其中，
所述阻抗网络包括：设置于所述电磁铁的铁芯上的附加线圈以及并联在所述附加线圈的两端的电阻-电容电路；
所述阻抗网络被设置为当所述电磁铁的线圈通入励磁电流时，通过对所述励磁电流中所包含的电流纹波进行抑制，抑制所述电磁铁所产生的磁场中所包含的磁场纹波。


2.根据权利要求1所述的能够抑制纹波的磁铁，其特征在于，所述阻抗网络的参数通过如下方式确定：
所述阻抗网络的电感参数根据所述阻抗网络开路，所述电磁铁通电时测量得到的磁化电感值确定；
所述阻抗网络的电阻参数和电容参数根据所述电感参数，通过纹波抑制模型确定，其中，所述纹波抑制模型通过所述阻抗网络的标准传递函数和预设的目标传递函数得到，所述预设的目标传递函数的响应特性介于巴特沃斯响应和贝塞尔响应之间。


3.根据权利要求2所述的能够抑制纹波的磁铁，其特征在于，所述纹波抑制模型通过所述阻抗网络的标准传递函数和预设的目标传递函数得到，包括：
所述纹波抑制模型根据阻抗网络的标准传递函数中的系数与缩放后的目标传递函数的系数相对应得到，其中，所述缩放后的目标传递函数的系数值根据所述励磁电流、预先给定的响应指标和所述预设的目标传递函数确定，所述缩放后的目标传递函数通过对所述预设的目标传递函数进行频率缩放得到。


4.一种同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括：一个或多个如权利要求1至3任一项所述的能够抑制纹波的磁铁。


5.一种参数确定方法，其特征在于，应用于如权利要求1至3任一项所述的能够抑制纹波的磁铁中；
所述方法包括：
获得阻抗网络的电感参数，其中，所述电感参数为在所述阻抗网络开路，电磁铁的线圈通入励磁电流时所测量得到的磁化电感值；
根据所述电感参数，通过纹波抑制模型，确定出所述阻抗网络的电阻参数和电容参数，其中，所述纹波抑制模型通过所述阻抗网络的标准传递函数和预设的目标传递函数得到，所述预设的目标传递函数的响应特性介于巴特沃斯响应和贝塞尔响应之间。

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【专利技术属性】
技术研发人员：曾红锦，郑曙昕，姚红娟，王学武，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11