本发明公开一种加速器束流测量及诊断的控制系统，属于加速器束流领域。
背景技术：
1、束流运输系统首要任务是将加速器产生的束流以精准控制的参数配送至多个治疗室。根据不同肿瘤的治疗需求对能量进行精准调节；根据不同治疗计划的剂量需求对束流流强进行调控；通过相空间分布的管理以及连续可调的准直器确保束流在传输过程中的稳定和均匀性。加速器束流测量及诊断是通过束流诊断元件和电子学系统对束流强度、束流位置、发射度和束流流强进行测量及诊断，以确保束流运输系统能精准控制束流参数。
2、为确保束流运输系统能精准控制束流参数，现需研制一套能实现对束流强度、束流位置、发射度和束流流强的测量和诊断的加速器束流及诊断系统。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决上述的问题而提供一种加速器束流测量及诊断的控制系统，其目的在于确保束流运输系统能精准控制束流参数，实现对束流强度、束流位置、发射度和束流流强的测量和诊断。
2、本发明通过以下技术方案实现上述目的，一种加速器束流测量及诊断的控制系统，包括设备控制级（devices）、输入输出控制器ioc（input output controller）和操作者界面opi（operator interface）三部分。其特征在于，所述设备控制级包括束流强度探测器acct、束流位置的探测器bpm（beam position monitor）电子学、发射度仪及配套采集系统、法拉第筒及配套采集系统及刮束环；所述输入输出控制器ioc是epics的核心部分，包括分布式实时数据库和设备驱动程序；所述操作者界面opi包括实时数据、状态信息、报警信息；
3、所述束流强度探测器acct，用于在线实时测量脉冲束流的强度，属于束流非截断式设备，并将所述测量信息发送给上位机显示脉冲束流强度的波形；
4、所述束流位置的探测器bpm电子学，用于测量束流的电磁场，根据不同电极耦合的电磁场幅度不同计算得到束流位置信息。并根据所述提供的束流位置信息、相位信息进一步算出束流能量，间接测量束流相对流强、能量。所述bpm电子学完成束流位置的监测并通过通信上传至上位机，上位机显示当前束流的位置，并根据两个bpm之间信号的相位差计算出束流的能量；
5、所述法拉第筒，用于束流流强测量并作为束流垃圾靶，属于截断式束流强度测量，输出信号为电流，经过电流/电压转换（i/v转换）后接入束测电子学系统，所述法拉第筒通过以太网访问输入输出控制器ioc并交换数据；
6、所述发射度仪，用于束流发射度的测量，所述发射度仪采用双狭缝结构。双缝型发射度仪主要x、y方向各自的前狭缝、后狭缝及法拉第筒构成，前狭缝是位置取样，确定束流的位置；后狭缝是角度取样，确定束流的角度大小；法拉第筒接受束流大小，确定某位置某角度的束流的密度大小。通过对不同前缝位置处的后缝进行扫描，确定不同位置不同角度的束流密度大小，确定在相空间中束流的相图及密度分布，得到了束流的发射度。发射度仪电子学将全流程的流强采样和对应探头的位置结果通过通信送入上位机，上位机完成束流发射度的计算。
7、优选的，所述束流强度探测器acct不带真空法兰，安装在需要进行脉冲束流强度测量的束线的真空管道外，用于无截断测量直流束的束流强度。
8、优选的，所述束流位置的探测器bpm由探头和获取精确信息的电子学组成。所述束流位置的探测器bpm类型为纽扣式，提高输出信号功率和获得更好的传递灵敏度。所述束流位置的探测器bpm利用于管道绝缘的电极可测量粒子束通过时产生的镜像电流信号。由于趋近效应，束流越靠近电极，产生的镜像电流越大，因此一对电极信号包含了束流在该方向上的位置信息。电流信号经同轴线传输到电子学线路进行放大、采集和后处理计算，得到束流位置和相位信息。
9、优选的，所述发射度仪及配套采集系统采用双缝法进行测量。所述发射度仪及配套采集系统及到精准的步进电机运动控制系统及光栅尺、数显表、电子学的数据读取与控制，另外为了能测到更清晰的束流信息，使用了偏压，并使用水冷以保护设备。
10、优选的，所述法拉第筒及配套采集系统是一种拦截式束流诊断设备，用于对束流流强大小的测量。其结构为一个全阻拦式的收集靶。当束流轰击在靶上，被靶拦截收集，束流所带电荷沉积在靶上，经电子学处理实现束流流强测量。
11、优选的，所述刮束环采用了四瓣式拼接的方式，使得内部孔径可调节，内有冷却水道。通过将四瓣式刮束环的信号由导线引出，可以测量轰击到刮束环的束流流强。
12、优选的，所述配套采集系统包括束测前端模块和自研多通道采集板，所述的束测前端模块通过i-v变换对脉冲束流进行转换，所述自研多通道采集板对束测前端输出信号进行采集。
13、所述i-v变换通过高精度的大电阻，将微弱电流信号放大为mv甚至v级的电压信号，通过测量电压值从而实现弱电流测量。
14、所述自研多通道采集板设计8个通道，采样带宽大于650mhz，采用8片adi公司125mhz采样率ad芯片ad9265，所述自研多通道采集板的外部接口作为触发输入输出接口，接收外部触发信号进行同步采集和数据存储。联锁输出接口用于通过检测当前的束流强度信号，和内部设定值比较，当超出设定值门限时，输出一个电平信号进行保护动作。
15、优选的，所述电子学采用数字i/q数字下变频技术，高频前端将输入信号放大，然后输入adc，ad采样后通过数字i/q下变频得到幅度及相位数据，用于计算束流位置和相位。软件算法则在数字处理电路的fpga芯片内实现。
16、优选的，所述发射度仪电子学采用标准cpci机箱设计，扩展后io控制卡完成对发射度仪电机的控制以及光栅尺位置反馈及限位信号的接收。自研束测前端模块完成对脉冲束流的iv转换，自研多通道采集板完成对束测前端输出信号的采集。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18、本申请公开的加速器束流测量及诊断的控制系统，其特征在于，控制系统基于epics架构构建而成，控制系统包括设备控制级、输入输出控制器ioc服务器和操作者界面opi，设备控制级包括束流强度探测器acct、束流位置的探测器bpm、发射度仪及配套采集系统、法拉第筒及配套采集系统及刮束环。设备控制级，用于对加速器束流流强、发射度、位置、能量的测量。ioc服务器包括分布式实时数据库和设备驱动程序。ioc服务器对设备实数数据、参数和状态信息进行数据库存储，并提供对这些数据的读写访问，设备驱动程序用于与设备进行通信和控制。操作者界面opi，用于监测和控制设备，通过图形化界面显示实时数据、状态信息、报警信息，并允许操作员进行设备控制和参数设置。基于epics架构构建整个控制系统，具有较高的稳定性和可靠性，适合长时间连续运行；具有很好的灵活性和可拓展性，提高了系统升级和维护的效率；并且支持多种接口和设备，方便用户进行控制。
1.一种加速器束流测量及诊断的控制系统，该系统基于epics架构构建，包括设备控制级（devices）、输入输出控制器ioc（input output controller）和操作者界面opi（operator interface）三部分；所述设备控制级包括acct、bpm、发射度仪、法拉第筒、刮束环、配套采集系统以及配套束测电子学系统；所述输入输出控制器ioc是epics的核心部分，包括分布式实时数据库和设备驱动程序；所述操作者界面opi包括实时数据、状态信息、报警信息；
2.根据权利要求1所述的一种加速器束流测量及诊断的控制系统，其特征在于：所述bpm由探头和配套束测电子学系统组成，bpm采用纽扣式设计；所述bpm利用于管道绝缘的电极测量粒子束通过时产生的镜像电流信号，所述电流信号经配套束测电子学系统得到束流位置和相位信息。
3.根据权利要求1所述的一种加速器束流测量及诊断的控制系统，其特征在于：所述发射度仪用于束流发射度的测量，采用双狭缝结构由x、y方向各自的前狭缝、后狭缝及法拉第筒构成，通过对不同前缝位置处的后缝进行扫描，确定不同位置不同角度的束流密度大小，确定在相空间中束流的相图及密度分布，得到了束流的发射度；所述束测电子学系统将全流程的流强采样和对应探头的位置结果送入输入输出控制器ioc，所述输入输出控制器ioc完成束流发射度的计算。
4.根据权利要求1所述的一种加速器束流测量及诊断的控制系统，其特征在于：所述法拉第筒对束流流强大小的测量，采用全阻拦式进行测量，当束流轰击在靶上，被靶拦截收集，束流所带电荷沉积在靶上，法拉第筒输出电流，经过电流/电压转换（i/v转换）后接入束测电子学系统，经配套束测电子学系统处理完成束流流强的测量。
5.根据权利要求1所述的一种加速器束流测量及诊断的控制系统，其特征在于：配套所述采集系统包括束测前端模块和自研多通道采集板，所述的束测前端模块通过i-v变换对脉冲束流进行转换，所述自研多通道采集板对束测前端输出信号进行采集；
6.根据权利要求1所述的一种加速器束流测量及诊断的控制系统，其特征在于：配套所述束测电子学系统采用数字i/q数字下变频技术，通过高频前端将输入信号放大，然后输入adc，ad采样后通过数字i/q下变频得到幅度及相位数据，根据得到的幅度和相位数据计算束流位置和相位。
