УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В БЕТАТРОНЕ Советский патент 1969 года по МПК H05H11/00 

В известных измерительных устройствах задержки импульса осуществляются с помощью либо ждущих мультивибраторов, либо с помощью интеграторов. Погрешность измерения зависит от многих факторов, например колебания частоты сети, нестабильности элементов задержки, изменения окружающей температуры, фаз сброса.

С целью повышения надежности и точности измерения предлагается устройство, которое позволяет исключить влияние перечисленных факторов на точность измерения.

Сущность предлагаемого устройства состоит в том, что определение и задание момента времени фиксации амплитуды напряжения датчика, несущей в себе информацию о величине магнитного поля на равновесной орбите бетатрона в момент смещения ускоренных электронов, осуществляется цифро-аналоговым устройством, которое производит в цифровом коде замер времени момента смещения ускоренных электронов относительно прохождения значения напряженности магнитного поля на равновесной орбите через нулевое значение, запоминает это значение времени и в момент времени, соответствующий прохождению амплитуды напряжения датчика через нулевое значение, начинает обратное преобразование заполненного кода во временной интервал. В момент окончания преобразования цифрового кода во временной интервал вырабатывается импульс, который запускает пиковый вольтметр на измерения мгновенного значения поступающего на его вход напряжения датчика. Напряжение измеряется при той же фазе относительно нулевого значения напряжения, что и фаза сброса относительно нулевого значения магнитного поля, вследствие чего сдвиг фаз между магнитным полем и напряжением может быть любым. При этом предполагается, что сдвиг фаз, частота сети и напряжение на магните за период измерения (0,01 сек) не изменяются, что обычно выполняется в бетатроне. Устройство позволяет измерять энергию ускоренных электронов в каждом цикле работы бетатрона.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 смещения, вырабатывающий импульсы в момент смещения электронов с равновесной орбиты или их попадания на мишень; датчик 2 магнитного поля, выдающий напряжение, пропорциональное магнитному полю на равновесной орбите бетатрона; пиковый вольтметр 3, измеряющий напряжение в момент сброса электронов; датчик 4 нуля магнитного поля, вырабатывающий импульс при прохождении магнитного поля на равновесной орбите через нулевое значение; датчик 5 нуля напряжения - компаратор, вырабатывающий импульс в момент прохождения напряжения через нулевое значение; преобразователь 6 «временной интервал - число - временной интервал», осуществляющий преобразование времени (фазы) смещений в цифровой код, запоминание кода, обратное преобразование кода во временной интервал. Преобразователь может быть реализован с помощью реверсивного счетчика.

Функциональная схема устройства состоит из датчика 7 смещения, датчика 8 магнитного поля, пикового вольтметра 9, датчика 10 нуля магнитного поля, компаратора 11, триггера 12, вентиля 13, реверсивного счетчика 14.

Работает устройство следующим образом.

В момент прохождения значения напряженности магнитного поля Н через нулевое значение t₁ на вход триггера 12 с датчика нулевого поля поступает импульс. Он устанавливает счетчик 14 в режим сложения, а триггер 12 - в положение «1». Открывается вентиль 13 и на вход реверсивного счетчика 14 начинают поступать импульсы частотой 1 мгц. В момент времени t₂, соответствующий подаче импульса смещения ускоренных электронов, триггер 12 устанавливается в положение «0», вентиль закрывается и на счетчике 14 оказывается зафиксированный цифровой код фазы смещения ускоренных электронов, т.е. интервал времени t₂-t₁. В момент времени t₃, когда напряжение датчика, сдвинутое относительно магнитного поля на 90°, проходит через нулевое значение, компаратор 11 срабатывает и выдает импульс; который вновь ставит триггер 12 в положение «1», а реверсивный счетчик 14 переключает в режим вычитания. В момент времени t₄, соответствующий выполнению условия:

t₄-t₃=t₂-t₁,

с выхода счетчика снимается импульс переполнения, который устанавливает триггер 12 в положение «0» и одновременно выдает на пиковый вольтметр команду для фиксации входного напряжения датчика, так как в этот момент времени выполняется условие

где и - значение амплитуды напряжения датчика в момент измерения.

При применении в измерителе интегратора устройство работает аналогичным образом, но время измерения может несколько увеличиться.

Вся схема устройства выполнена на полупроводниках. Счетчик 14 состоит из 13 быстродействующих триггеров. Время сквозного переноса менее 1 мксек. Компаратор при напряжении 35 в, снимаемом с одновиткового датчика, обеспечивает выделение момента прохождения напряжения через нулевое значение (t₃) с разбросом не более ±1 мксек (~1¹). Для этого он должен иметь чувствительность 10 мв, что нетрудно выполнить. В качестве пикового вольтметра может использоваться любой импульсный цифровой вольтметр.

Предлагаемое устройство для автоматического определения и задания момента времени измерения энергии ускоренных электронов в бетатроне позволяет производить измерение энергии электронов с точностью 0,05% при значительных изменениях частоты сети и различных фазах смещения ускоренных электронов, при различных сдвигах фаз между магнитным полем и напряжением датчика.

Устройство для определения энергии ускоренных электронов в бетатроне, содержащее датчики смещения магнитного поля, нуля напряжения, пиковый вольтметр, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы, в нем применен преобразователь «временной интервал - число - временной интервал», выполненный в виде реверсивного счетчика, на входы которого подключены датчики импульса смещения, нуля магнитного поля и через датчик нуля напряжения датчик магнитного поля, а выход соединен с одним из входов пикового вольтметра, другой вход которого соединен с измеряемым напряжением.