HIRFL—CSR荧光靶束流剖面测控系统

第２６卷第６期　核电子学与探测技术　ＶｏＬ　２６　Ｎｏ．６　２００６年１１月　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　８Ｌ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏｖ．　２００６　ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ荧光靶束流剖面测控系统　郑建华，王延谋，尹　炎，马维年，宋海宏，董金梅　（中国科学院近代物理所，甘肃兰州７３００００）　摘要：介绍了在ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ束流诊断系统改造中，基于单片机技术研制开发的荧光靶驱动控制器　和视频信号控制器的设计结构及原理。阐述了基于网络控制技术的分布式束流剖面测控系统。　关键词：单片机；剖面测量；视频信号；分布式网络控制　中图分类号：ＴＬ５０６　文献标识码：　Ａ　文章编号：０２５８－０９３４（２００６）０６－０７５９—０２　在加速器系统中，束流剖面的测量非常重　察已发展成实时、精确的定量测量，经过软件分　要，它能直观地给出束流横向截面分布形状，从　析处理从中可以计算出束流强度，中心位置及　中计算出相对束流强度、束流中心位置及束流　束流宽度等重要参数。　宽度等几何参数，束流剖面测量又是束流发射　测量的基础，对束流品质的研究至关重要［１］。　２控制器的研制　在ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ束流输运线上，为满足束流特　２．１硬件结构　性参数调整的需要，安装了几十套荧光靶束流　本着现场测试方便和远程控制可靠的原　剖面监测器，应用计算机控制和微处理技术，研　则，设计了基于ＡＴ８９Ｃ５１单片机的控制器，如　制了基于ＡＴ８９Ｃ５１的前端荧光靶驱动控制器　图１所示，控制其主要有继电器控制单元，视频　和视频信号控制器，建立了基于网络控制技术　信号控制单元。ＣＰＵ控制单元以及直流稳压　的独立分布式束流剖面测控系统。它是整个束　供电单元等组成。　流诊断控制系统的一个子系统。　１系统描述　荧光靶束流剖面监测系统的机械部分包括　荧光靶探测器和驱动机构。选用Ａｌ２ｏ３材料　制成圆形靶片，直径　０ｒａｍ，安装支架倾斜于　柬流管道，与束流方向成４５。夹角，驱动机构由　不锈钢焊接波纹管实现可动真空密封，采用气　动方式，最大行程为ｌＯＯｍｍ。当荧光靶被驱动　图１荧光靶控制器结构框图　控制进入在束位置时，离子轰击荧光靶片产生　继电器控制单元主要控制电磁阀动作，通　可见光，形成束流亮斑，即束流剖面横向分布图　过气动装置完成荧光靶机械位移控制、获取探　像，在束流垂直方向有一个观察窗，透过观察窗　针在线或离线位置状态，控制ＣＣＤ和荧光靶调　用ＣＣＤ获取束流光斑图像。随着计算机控制　试指示灯，同时还设计了本地控制和远程控制　及图像处理技术的发展，传统的荧光靶定性观　转换功能，便于现场对荧光靶的调试。　图２是视频信号控制单元电路的框图。该　电路的核心采用视频专用集成电路ＭＡＸ４５５，　收稿日期：２００５—０８　０２　它具有质量良好的输出图像和低相位失真的特　作者简介：郑建华（１９５６一），女，兰州人，中国科学院　点，电路内部包含了８路视频输入和一个低输　近代物理所副研究员，从事加速器束流诊断的研究　入阻抗的驱动放大器，三个选址控制端，一个视　７５９　维普资讯 http://www.cqvip.com

频输出和两个电源端。被测束流信号通过同轴　在运行效率、数据共享、稳定性等方面比传统的　输入插头与控制器视频输入端相连，７５，Ｑ电阻　控制方式都有很大进步。如图３所示，在这个　构成输入的终端电阻，内部放大器的增益由接　监测系统中，对荧光靶的控制、状态采集均有　在ＩＣ上的反馈网络设置，其增益设置为２，是　ＣＰＵ控制来完成，信息和控制命令的传递由嵌　为了补偿在终端电阻上的消耗，最后在输出端　入式网关来实现，网关和控制器之间通过　１　ｌ　ｊ一～　’　Ｌ—Ｃ＝　【，　＿　］　士　＿一　２　．　—一　　曲出Ｉ索索Ｉ计鞋　Ｉ｜１Ｉ……・ｌ【ｆ畀　Ｉ　Ｌ—Ｃ＝卜＿　５　～　输　－１－ｒ　Ｖ　ＥｔｈｒｎＬ—广　ｌ＝二］［——　７　ＭＡＩＸＣ４　５　ｔ．－￣：：：：３－－　Ｉ　上　８　‘—１＝＝　—　Ｉ　１　Ｈｕｂ　．．　Ｊ，　１　Ｉｉ　１　一　ｌ、　．．。　Ｉ　ｅｅｍＧ　ｎｙ　Ｉ　Ｉ／Ｏ　一　Ｉ　ＲＳ４８５总线　ＡＴ８９Ｃ５１芯片，它是一种低功耗、高性能８位　图３荧光靶束流剖面测控系统结构　ＣＭＯＳ微控制器，使用高密度、非易失存储技　系统中对束流光斑的图像获取采用了　术制造，与８０Ｃ５１指令系统兼容。它带有３２　ＭＯＸＡ公司的Ｖｐｏｒｔ　２１１０视频服务器，它采　个可编程Ｉ／Ｏ端口。两个定时／计数器，６个中　用了最普遍、品质最稳定的ＭＪＰＥＧ数字影像　断源，４ｋ　ｆｌａｓｈ存储器，１２８ｋ字节片内ＲＡＭ，　压缩技术，同时提供了具备１０／１００Ｍｂｐｓ以太　并带有一个全双工ＵＲＲＴ串口，用于实现单片　网接口的ｗｅｂ转换器，可以即时数字化模拟映　机和上位机之间的串口通讯。在控制系统设计　像信号，通过控制网络实时访问连接到　中利用可编程Ｉ／Ｏ技术，实现对继电器控制单　Ｖｐｏｒｔ２１１０上的荧光靶束流光斑信号，为调柬　元的控制以及对视频信号控制器的选址控制，　提供束流截面密度分布图像。　从而实现对荧光靶剖面监测器的控制。　４结语　２．２控制器程序设计　根据荧光靶束流剖面监测器控制功能的要　随着ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ大科学工程的进展，这　求，设计了基于Ｋｅｉｌ　Ｃ７．０开发平台的ＣＰＵ控　套荧光靶束流剖面测控系统已经建成，并投入　制单元程序。采用Ｃ语言编写单片机程序具　调束运行。该系统应用了单片机和网络控制技　有良好的模块化，容易阅读和维护，便于移植等　术，使得系统工程结构简单合理，运行可靠，性　优点。本程序采用模块化程序设计结构和中断　价比高，在ＣＳＲ主环调束中提供了直观可靠的　查询方式，当串口接收缓冲区接收到上位机发　束流剖面图像及分析数据。随着实验终端的不　出的字符串命令数据时，串口中断服务程序根　断增加，荧光靶束流剖面测控系统也在不断扩　据指令格式约定，分析字符串命令、判别设备、　展，并具有良好的效果。　操作功能、传送数据等，即时转入相应的功能模　参考文献：　块程序，完成上位机指令所要求的各种控制操　作或传送现场设备状态信息之上位机。　［１］ＺＨＥＮＧ　Ｊｉａｎ－ｈｕａ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｅａｎ　ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ＨⅡ　Ｌ｛Ｚ）．ＩＣＡＬＥＰＣＳ　６　１９９７．　３控制系统结构［　－３］　［２］张桂戌．ＨＩＲ＿．ＦＬ束流诊断系统软件设计［Ｊ１．核电　荧光靶束流剖面测控系统是ＨＩＲＦＬ—ＣＳＲ　子学与探测技术，１９９９，１９（４）：２８７．　［３］季鹏．ＨＩＲＦＬ电源远程监控系统ＥＪ］．核电子学与探　工程整个束流诊断控制系统的～个子系统，是　测技术，２００４，２４（６）：６５１．　基于以太网的分布式控制系统，采用这种方式　（下转第７６８页，Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ　ｏｎ　ｐａｇｅ　７６８）　７６０　维普资讯 http://www.cqvip.com

时刻ｔｉ（或　）在收集介质上所累积的总活度　据的报告问题。特别在起始时刻不得不做即时　数应予以报告，这不仅在判断和考查监测仪自　或适时调整的情况下尤当注意。这涉及到概念　身的性能等方面是必须跟踪的信息；而且对于　问题，也涉及到一些技巧问题。　所监测的排放流的排放总量的计算也至关重　要。总累积活度　的计算为：　参考文献：　∑Ａ　一∑（ＧｑＡｔ）　（１１）　［１］张志龙，等．ＰＩＮＧ－５０放射性气溶胶、碘和惰性气体　ｉ　ｉ　监测系统的研制［Ｊ］．核电子学与探测技术，２００６，　式中的Ｃｚ是指由监测结果或监测数据算　２６（４）：３９０．　得的浓度值。　［２］ＩＥＣ，Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｍｏｎｉｏｔｒｉｎｇ　Ｒａ—　３．３起始时刻的处理　ｄｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｎ　Ｇａｓｅｏｕｓ　Ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ（Ｐａｒｔ２）。Ｅｃ６１５７８　起始时刻所对应的△Ｎ，不仅涉及到第１　（１９９７－Ｏ８），１９９７．　个数据如何报告，可能还会影响到其后连锁数　Ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｒａｄｉｏ－ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ　ｏｆ　ａｉｒｂｏｒｎｅ　ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｒｅａｃｔｏｒｓ　ＦＵ　Ｃｕｉ—ｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｌｏｎｇ，ＬＵ　Ｚｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ　（ＣＮｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖ．０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｒｅａｃｔｏｒｓ　ｗｉＩｌ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ａｉｒｂｏｒｎｅ　ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ　ｓｕｂ—　ｓｔａｎｃｅｓ　ｃｏｎｓｉｓｔｉｇｎ　ｏｆ　ｒａｄｉｏ－ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ（Ｐ），ｒａｄｉ－ｏｉｏｎｄｉｎｅ（Ｉ）ａｎｄ　ｒａｄｉｏ－ｇａｓｅｓ（Ｇ），ｎｏｒｍａｌｌｙ　ｃａｌｌｅｄ　ＰＩＧ．　Ｔｈｅ　ＰＩＧｓ　ａｒｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ　ｓｏｕｒｃｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｌａｃｅｓ　ｏｆ　ｎｕｃｌａｅｒ　ｒｅａｃｔｏｒｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｍａｙ　ｂｅ　ａｐ—　ｐｅａｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｅｓｅｓ　ｏｆ　ｓｔａｃｋｓ　ｏｒ　ｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ．Ｔｈｕｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｓｐｅｃｔ　ｆｏｒ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＩＧ．ｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｌａｃｅｓ，ｓｔａｃｋｓ　ａｎｄ　ｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ　ｗｈｅｒｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇｎ　ｏｆ　ＰＩＧｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔａｃｋｓ　ｅｍｕ＿　ｅｎｔｓ　ｏｆ出ｅ　ｎｕｃｌｅａｒ　ｒｅａｃｔｏｒｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ，ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ＰＩＧｓ　ａｒｅ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｓｉｍｐｌｙ，ｔｈｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｐｒｏ－　ｃｅｓｓｉｇｎ，ｏｒ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ　ｒｅｌａｔｉｇｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇｎ　ｏｆ　ｒａｄｉｏ－ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｔ—　ｒｅｃｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＩＧｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｇｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　ａｓｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＰＩＧｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＩＧ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ；ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ；ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｇｎ　（上接第７６０页，Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ　ｆｒｏｍ　ｐａｇｅ　７６０）　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　ｂｅａｍ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ＨＩＲＦＬ－｛￣ＳＲ　ＺＨＥＮＧ　Ｊｉａｎ－ｈｕａ，ＷＡＮＧ　Ｙａｎ－ｍｏｕ，ＹＩＮ　Ｙａｎ，ＭＡ　Ｗｅｉ—ｎｉａｎ，　ＳＯＮＧ　Ｈａｉ—ｈｏｎｇ，ＤＯＮＧ　Ｊｉｎ—ｍｅｉ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｍ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｌａｎｚｈｏｕ　ｏｆ　Ｇａｎｓｕ　Ｐｒ０ｌｖ．７３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　ｄｒｉｖｉｇｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｖｉｄｅｏ　ｓｉｇｎａｌ　ｆｏｒ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　ｍｉｃｒｏ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｍ　ｉｄａｇｎｏｓｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｔ　ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｂｅａｍ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｍｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｅｂ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗａｓ　ｄｅｐｉｃｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｖｉｄｅｏ　ｓｉｇｎａｌ；Ｗｅｂ　ｃｏｎｔｒｏｌ　７６８