Устройство для определения поперечной координаты пучка заряженных частиц Советский патент 1988 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быр. использовано для опр-еделения положения пуч ка заряженных частиц. Известно устройство для определения поперечной координаты заряженных частиц, содержащее датчик положения пучка, вьшолненный в виде двухпластинного пикап-электрода, и электронную схему регистрации. Сигналы с пикап-электрода поступают на суммирзпощую и вычитающую схемы. Суммарный и разностный сигналы усиливаются усили телями и поступают на регуляторы нап ряжения. Амплитуда напряжения на выходе суммирующего усилителя пропорциональна интенсивности пучка, а на выходе усилителя вычитающего - интен сивности и смещению его центра тяжес ти относительно оси пикап-электрода. Коэффициент передачи регуляторов зависит от напряжения на управляющих входах и может изменяться более чем в 10 раз. Далее суммарный и разностный сигналы усиливаются. Суммарный сигнал детектируется амплитудным детектором и выходное напряжение детек тора подается на управляющие входы регуляторов. В суммарном канале за счет обратной связи образуется схема АРУ, которая поддерживает амплитуду сигнала на выходе усилителя в канале суммирования постоянной при изменении пучка в IО раз. При условии иден тичности характеристик регуляторов на выходе усилителя в канале разньст ного сигнала получается сигнал, амплитуда которого пропорциональна смещению центра тяжести пучка относительно О-сй пикап-электрода и не зависит в некоторых пределах от интенсивности. Разность фаз первой гармоники суммарного и разностного сигналов может принимать два значения О и 180 в зависимости от знака смещения центра тяжести пучка. Суммарньй и разностный сигналы с выходов усилителей подаются на фазочувствительный (синхронный) детектор. Мгновенно значение напряжения на выходе этого детектора пропорционально смещению пучка и в некоторых пределах не зави сит от интенсивности. Знак этого нап ряжения определяет закон смещения центра тяжести пучка. Выходное напря жение детектора усиливается усилителем постоянного тока. Недостатком известног.о устройства является сложность функциональной схемы и, соответственно, большое количество электронных компонентов, входящих в ее состав. Вследствие этого, по соображениям радиационной опасности, схема обычно разбивается на два узла, один из которых выносится из кольцевого зала ускорителя в обслуживаемое помещение (на расстояние в десятки и даже сотни метров), что создает дополнительные трудности, связанные с паразитнь1ми наводками и выравниванием электрических длин высокочастотных кабелей. Целью изобретения является упрощение схемы регистрации. Указанная цель достигается тем, что вместо схемы нормализации сигнала параллельно емкости пикап-элек- . трод - земля подключены варикапы, обе пластины пикап-электрода соединены через амплитудные детекторы и усилители со схемой вычитания, выход которой соединен с общей точкой варикапов. При смещении центра тяжести пучка, и, соответственно, изменении относительных емкостей пучок-электрод система авторегулирования изменяет емкости варикапов, стремясь восстановить электрический нуль датчика. Вследствие этого электрический нуль пикап-электрода следит за положением центра тяжести пучка. Сигнал рассогласования пропорционален смещению пучка и при достаточно большом коэффициенте усиления в кольце обратной связи в определенном диапазоне практически не зависит от его интенсивности. На чертеже представлена эквивалентная схема предлагаемого устройства. Пучок ускоряемых частиц заменен эквивалентным генератором напряжения I. Емкости 2 и 3 - взаимные емкости пучка с половинками разрезного пикапэлектрода. Емкости 4 и 5 - емкости между половинками пикап-электрода и корпусом. Варикапы 6,7 - усилители 8,9 высокой частоты, амплитудные детекторы 10,11, вычитающая схема 12, усилитель постоянного тока 13. При нулевом смещении центра тяжести пучка относительно оси вакуумной камеры мост, образованный емкостями 2,3,4,5 и варикапами 6,7, сбалансирован. На входах усилителей 8 и 9

имеются одинаковые напряжения, поступающие на амплитудные детекторы 10 11 и вычитающую схему 12. Разностный сигнал с входа схемы 12 (при кулевом смещении пучка он равен нулю) поступает на усилитель постоянного тока 13. Выходное Напряжение усилителя подается на варикапы 6 и 7, причем из-за встречного включения вари- капов по постоянному току их емкости меняются в разные стороны, а нелинейность характеристик второго порядка компенсируется. Смещение центра тяжести пучка относительно оси вакуумной камеры эквивалентно изменению в разные стороны емкостей 2 и 3. При этом мост разбалансируется, сигналы с детекторов становятся разными и на выходе вычитающей схемы появляется сигнал ошибки, пропорциональный смещению центра тяжести пучка. Этот сигнал стремится восстановить баланс моста. Таким образом, система в целом является статической системой авторегулирования. Изменение интенсивности пучка в этой системе эквивалентно изменению ее коэффициента усиления.

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью (Кд) определяется выражением

1Г .

«

где К - коэффициент усиления усилителя при разомкнутой петле обратной связи; /Ь - коэффициент обратной связи.

Из выражения вццно, что при достаточно больших К, изменение этого коэффициента в несколько раз практически не влияет .на общий коэффициент усиления K(j{. .

Так, при К 10 изменение интенсивности пучка в ГО раз не приведет к изменению статической ошибки в системе авторегулирования более, чем на 1%.

Таким образом, напряжение на выходе вычитающей схемы пропорционально смещению центра тяжести пучка и в широких пределах не завист от его интенсивности.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ КООРДИНАТЫ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее датчик положения пучка, выполненный в виде двух-пластинчатого пикап-электрода, и схему регистрации, содержащую усилители, схему вычитания, амплитудные детекторы, отличающее ся тем, что, с целью упрощения схемы регистрации, параллельно пластинам подключены варикапы, обе пластины пикап- электрода соединены через амплитудные детекторы и усилители со схемой вычитания, выход которой соединен с , общей точкой варикапов.(Л