CN112987077B - 低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，该系统包括：离子束探测单元，被配置为对离子束流强信号进行探测；数据采集与连锁单元，被配置为对采集的离子束流强信号进行数据分析与自平衡判断，实现被连锁设备的连锁及离子束流强调节，使核孔膜生产终端达到正常生产的流强条件；数据显示存储单元，被配置为获取所述数据采集与连锁单元信号，对核孔膜生产终端的数据和状态信息进行存储和显示。本发明可以实现低能量流强的探测，解决核孔膜生产时的流强探测不准的问题，实现束流流强的自平衡调节，并配合实现其它的生产联动。

Description

低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统

技术领域

本发明是关于一种核孔膜生产终端的低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，涉及低流强重离子束探测领域。

背景技术

核孔膜是世界上最精密的微孔过滤膜，它是一种多孔的塑料薄膜，膜上面有密密麻麻的小孔，每一个小孔形状和尺寸都相同。核孔膜有很多规格，膜厚范围5微米到60微米，孔径范围0.2微米到15微米，孔密度范围每平方厘米1-10的9次方个。核孔膜通常采用高能加速器提供的重离子打孔，重离子打孔是核孔膜生产工艺中最为关键的一环，所以在核孔膜的生产中离子束辐照是非常重要的生产步骤。而离子束探测是离子束辐照的重要步骤，准确地探测出离子束的流强，可根据流强大小生产不同规格的核孔膜。

由于核孔膜辐照生产时的离子束非常低，又不能使用拦截式离子束探测器(拦截式离子束探测器的探测原理是离子束必须打到它的上面，才能探测到流强，这样就会阻挡住辐照的离子束，无法进行生产)，它会影响核孔膜的正常生产，例如目前终端所用的法拉第是一种常规的离子束探测方法，由于它是拦截式探测器的一种，会影响核孔膜在线生产，而非拦截式探测器目前能探测到如此低流强的离子束是极少的，现有的单纯的非拦截式探测器能探测到流强mA及以上的居多，并且没有相应的连锁报警装置，当离子束流强偏大或偏低时没有自动调低或调高控制机制，只能进行人工调整，既费时费力，生产效率较低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现低能量流强的探测且能够实现离子束流强自平衡控制的核孔膜生产终端低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，该系统包括：

离子束探测单元，被配置为对离子束流强信号进行探测；

数据采集与连锁单元，被配置为对采集的离子束流强信号进行数据分析与自平衡判断，实现被连锁设备的连锁及离子束流强调节，使核孔膜生产终端达到正常生产的流强条件；

数据显示存储单元，被配置为获取所述数据采集与连锁单元信号，对核孔膜生产终端的数据和状态信息进行存储和显示。

进一步地，所述离子束探测单元包括前端探测器、低噪声放大器和锁相放大器；

所述前端探测器嵌套在离子束管道上，被配置为探测束流管道内的离子束流强信号；

所述低噪声放大器，被配置为对采集的离子束流强信号进行放大；

所述锁相放大器，被配置为锁定某一个固定的频率信号，舍弃其它频率信号。

进一步地，所述低噪声放大器的数量为三个，通过三个低噪声放大器将离子束流强信号进行三级放大。

进一步地，所述数据采集与连锁单元包括基于FPGA的控制器、模拟信号采集子卡和连锁继电器；

所述基于FPGA的控制器通过所述模拟信号采集子卡采集所述锁相放大器的输出信号；

所述基于FPGA的控制器设置有输出光口，输出光口均通过光纤通信将信号经由光电转换后连接到被控设备对其进行控制；

所述基于FPGA的控制器还通过所述连锁继电器对被连锁设备进行连锁控制，并输出报警信号。

进一步地，所述基于FPGA的控制器内设置有离子束流强自平衡模块，所述离子束流强自平衡模块将采集的离子束流强数据与设定的阈值进行对比，根据所设置的阈值条件的不同，可分别启动连锁条件或矫正条件，实现被连锁设备的连锁及离子束流强调节，并根据预设条件判定核孔膜生产终端是否符合生产条件，如果符合生产条件则开始进行正常的生产，如果是不符合，则进行新一轮的比对。

进一步地，连锁条件包括流强过高或过低时的报警，当满足连锁条件，则发送信号到连锁继电器控制被连锁设备发生动作。

进一步地，矫正条件包括矫正电源的升高或降低，当满足矫正条件，则发送信号调节矫正电源的输出值实现离子束流强的升高或降低。

进一步地，所述数据显示存储单元包括交换机、服务器和计算机客户端；

所述交换机通过网口连接所述基于FPGA的控制器，被配置为发送数据到所述服务器和计算机客户端；

所述服务器内设置有数据库，被配置为存储数据便于分析和历史查询；

所述计算机客户端，被配置为实时显示低能束流探测与连锁以及被控设备的状态信息。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明可以实现低能量流强的探测，解决核孔膜生产时的流强探测不准的问题，配合实现其它的生产联动；

2、本发明采用非拦截式探测器，探测低能量流强，再用低噪声放大器进行放大信号，再利用锁相放大器进行要探测离子束频率的锁定以滤除噪声，并通过基于FPGA的控制器进行数据采集，并进行连锁报警，在计算机客户端的界面上进行报警显示；

3、本发明具有离子束流强信号探测与自反馈信号报警及离子束流强大小自反馈功能，并通过离子束流强自平衡控制机制，可根据探测器探测到的流强信号，结合相关的电源进行自动调节离子束流强的大小，以达到生产所需的一个离子束流强的平衡；

综上，本发明可以广泛应用于核孔膜生产终端的核孔膜生产中。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例的低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统示意图；

图2是本发明实施例的离子束探测单元结构示意图；

图3是本发明实施例的数据采集与连锁单元结构示意图；

图4是本发明实施例的离子束流强自平衡模块数据处理流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

如图1所示，本发明实施例提供的核孔膜生产终端低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，包括离子束探测单元1、数据采集与连锁单元2和数据显示存储单元3。

离子束探测单元1，被配置为对离子束流强信号进行探测。

数据采集与连锁单元2，被配置为对采集的离子束流强信号进行数据分析与自平衡判断，实现被连锁设备的连锁及离子束流强调节，最终达到正常生产的流强条件。

数据显示存储单元3，被配置为获取数据采集与连锁单元2信号，对核孔膜生产终端的数据和状态信息进行存储和显示。

本发明的一些实施例中，如图2所示，离子束探测单元1包括前端探测器11、低噪声放大器12和锁相放大器13。

前端探测器11嵌设在离子束管道14上，用于探测束流管道14内的离子束流强信号，离子束流强信号为弱流强信号，并将其转为弱电压信号。

低噪声放大器12，用于对采集的弱电压进行放大。

由于前端探测器11探测到的信号太弱，因此设置低噪声放大12器。本实施例采用三个低噪声放大器12-1～12-3，用于放大前端探测器11的信号，通过低噪声放大器将其进行三级放大，达到锁相放大器13能正常采集的数值。需要注意的是，此处低噪声放大器的噪声一定要足够小，否则就会淹没正常的信号，本实施例的低噪声放大器12的放大倍数为40-60db，以此为例。

锁相放大器13，用于锁定某一个固定的频率信号，其它频率信号认为是噪声信号进行舍弃，当离子束流强信号在锁相放大器13里经过频率锁定后，由锁相放大器13的输出端进行模拟信号输出。

由于信号虽然经过低噪声放大器12放大，但是由于现场所处环境的电磁干扰，所放大的信号里总会夹杂着噪声信号，所以本实施例设置有锁相放大器13，例如所要探测的离子束的频率是10Mhz，设置经过锁相放大器的信号为10Mhz，其它频率的信号都被过滤掉了，噪声信号也会被大大降低。

本发明的一些实施例中，如图3所示，数据采集与连锁单元2包括基于FPGA的控制器21、模拟信号采集子卡22和连锁继电器23；

基于FPGA的控制器21具有数据采集和控制功能，基于FPGA的控制器21通过模拟信号采集子卡22采集锁相放大器13的输出信号，具体的采集通道可根据实际情况进行设定，本实施例的模拟信号采集子卡22为四通道，可同时采集四路模拟信号，依次为例。

基于FPGA的控制器21设置有两路输出光口，每一输出光口均通过光纤通信将信号经由光电转换后连接到被控设备的网络控制器端对被控设备进行控制。

基于FPGA的控制器21还通过连锁继电器23对被连锁设备进行连锁控制，并输出报警信号。本实施例中基于FPGA的控制器21连接六路连锁继电器23，可同时对六类不同的设备进行连锁控制以及报警信号输出。其中，连锁继电器23的连锁报警原理是采用是高低电平信号触发方式，当基于FPGA的控制器21采集到的信号超过所设定的阈值，就会发出一个高或低电平信号给连锁继电器23，触发连锁继电器23闭合，进而连通相应的被连锁设备做出动作反应。其中，被连锁设备可以是报警灯、阀门、运动控制电机或电源等，在此不做限定。

如图4所示，基于FPGA的控制器21内设置有离子束流强自平衡模块，离子束流强自平衡模块将采集的离子束流强数据与设定的阈值进行对比，根据所设置的阈值条件的不同，可分别启动不同的连锁条件或矫正条件。连锁条件设定目的是为了显示报警或控制设备例如打开或关闭被连锁设备等，比如当连锁条件为流强过高或过低时的报警，则发送信号到连锁继电器23控制运动电机的停止等；矫正条件的设定是为了启动对矫正电源的数值矫正，比如当矫正条件为矫正电源的升高或降低值，通过调节矫正电源的输出值实现离子束流强的升高或降低，通过调节并根据预设条件判定核孔膜生产终端是否符合生产条件，如果符合生产条件则开始进行正常的生产，如果是不符合，则进行新一轮的比对。

本发明的一些实施例中，数据显示存储单元3包括交换机31、服务器32和计算机客户端33；

基于FPGA的控制器21通过网口连接交换机31，交换机31用于发送数据到服务器32和计算机客户端33；

服务器32内设置有数据库321，数据库321用于存储数据便于分析和历史查询。

计算机客户端33，用于实时显示低能束流探测与连锁以及被控设备等的状态信息例如报警信息显示等，以此为例。

综上所述，本发明通过前端的非拦截式探测器探测离子束信息，因为核孔膜生产时的离子束很低，所以后端加上低噪声放大器进行信号的放大，再用锁相放大器进行锁频，再用基于FPGA的控制器进行数据采集和分析进行连锁与数据矫正，最终实现核孔膜生产时的离子束流强的自平衡功能。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，其特征在于，该系统包括：

离子束探测单元，被配置为对离子束流强信号进行探测，所述离子束探测单元包括前端探测器、低噪声放大器和锁相放大器；所述前端探测器嵌套在离子束管道上，被配置为探测离子束管道内的离子束流强信号；所述低噪声放大器，被配置为对采集的离子束流强信号进行放大；所述锁相放大器，被配置为锁定某一个固定的频率信号，舍弃其它频率信号；

数据采集与连锁单元，被配置为对采集的离子束流强信号进行数据分析与判断，实现被连锁设备的连锁及离子束流强调节，使核孔膜生产终端达到正常生产的离子束流强条件；所述数据采集与连锁单元包括基于FPGA的控制器、模拟信号采集子卡和连锁继电器；所述基于FPGA的控制器通过所述模拟信号采集子卡采集所述离子束探测单元的输出信号；所述基于FPGA的控制器设置有输出光口，输出光口均通过光纤通信将信号经由光电转换后连接到被控设备对其进行控制；所述基于FPGA的控制器还通过所述连锁继电器对被连锁设备进行连锁控制，并输出报警信号；所述基于FPGA的控制器内设置有离子束流强自平衡模块，所述离子束流强自平衡模块将采集的离子束流强信号与设定的阈值进行对比，根据所设置的阈值条件的不同，可分别启动连锁条件或矫正条件，实现被连锁设备的连锁及离子束流强调节，并根据预设条件判定核孔膜生产终端是否符合生产条件，如果符合生产条件则开始进行正常的生产，如果是不符合，则进行新一轮的比对；矫正条件包括矫正电源的升高或降低，当满足矫正条件，则发送信号调节矫正电源的输出值实现离子束流强的升高或降低；

数据显示存储单元，被配置为获取所述数据采集与连锁单元信号，对核孔膜生产终端的数据和状态信息进行存储和显示，所述数据显示存储单元包括交换机、服务器和计算机客户端；所述交换机通过网口连接所述基于FPGA的控制器，被配置为发送数据到所述服务器和计算机客户端；所述服务器内设置有数据库，被配置为存储数据便于分析和历史查询；所述计算机客户端，被配置为实时显示低能离子束探测或连锁过程以及被控设备的状态信息。

2.根据权利要求1所述的低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，其特征在于，所述低噪声放大器的数量为三个，通过三个低噪声放大器将离子束流强信号进行三级放大。

3.根据权利要求1所述的低能离子束探测与离子束流强自平衡连锁控制系统，其特征在于，连锁条件包括离子束流强过高或过低时的报警，当满足连锁条件，则发送信号到连锁继电器控制被连锁设备发生动作。

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