[发明专利]一种束流位置测量分析系统

说明书

本发明涉及一种束流位置测量分析系统，其包括：射频模拟信号调理模块，位于整个系统的第一级，与BPM电极连接，从BPM电极上提取束流信号并进行处理，输出束流射频信号；BPM测量分析机箱，接收射频模拟信号调理模块输出的束流射频信号，进行下变频处理与模数转换，并进行束流位置与相位计算，得到BPM位置信息。本发明集成度高，可以同时测量两个BPM的信号，降低了数字BPM硬件复杂度，位置测量精度高，成本低。本发明可以在质子与重离子加速器领域中应用。

技术领域

本发明涉及一种质子与重离子加速器技术领域，特别是关于一种束流位置测量分析系统。

背景技术

质子/重离子直线加速器是用人工方法产生质子/重离子束的装置，由于被加速带电粒子沿直线轨道运动，具有传输效率高，束流流强高、品质好等独特优点，是认知物质结构的重要工具，在核物理基础研究、医疗健康、工农业生产等方面有着广泛的应用，在医疗领域，由于其布拉格峰和生物学效应上的优势，成为癌症放疗治疗的研究热点。

束流诊断是质子/重离子直线加速器束流参数测量与优化的必备条件，其中束流位置测量(BPM)对加速器的运行、调试起着至关重要的作用，是质子/重离子直线加速器稳定可靠运行的关键测量手段，随着集成电路技术的发展，数字BPM已日益成为质子/重离子加速器束流位置测量的优选方案，其中电子学系统是数字BPM中最复杂的系统，现有的数字BPM电子学系统通常采用mTCA电信计算架构，一个数字BPM信号处理器只测量一个BPM的4路信号，存在系统结构复杂、成本昂贵、测量功能单一等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种束流位置测量分析系统，该系统集成度高，可以同时测量两个BPM(束流位置测量)的信号，降低了数字BPM硬件复杂度，位置测量精度高，成本低。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种束流位置测量分析系统，其包括：射频模拟信号调理模块，位于整个系统的第一级，与BPM电极连接，从BPM电极上提取束流信号并进行处理，输出束流射频信号；BPM测量分析机箱，接收射频模拟信号调理模块输出的束流射频信号，进行下变频处理与模数转换，并进行束流位置与相位计算，得到BPM位置信息。

进一步，BPM电极采用多个等长同轴电缆与射频模拟信号调理模块连接。

进一步，多个等长同轴电缆为等长等相位。

进一步，BPM测量分析机箱包括：集成的射频信号处理前端和数字信号处理单元；

射频信号处理前端，接收射频模拟信号调理模块输出的束流射频信号，进行下变频处理，将射频信号下变频为模拟中频信号；并且射频信号处理前端接收质子/重离子直线加速器的高频参考信号，合成系统工作时钟；

数字信号处理单元，与射频信号处理前端通过同轴电缆连接，对接收到的模拟中频信号进行采样，并将模拟中频信号转换为中频数字信号，以计算得到BPM位置信息。

进一步，射频信号处理前端包括衰减器、滤波器和放大器；接收到的束流射频信号依次通过衰减器、滤波器和放大器进行下变频处理。

进一步，数字信号处理单元包括高速高精度ADC子板和FPGA数字信号处理母板；由高速高精度ADC子板对中频信号进行采样，并将模数转换后的中频数字信号传输至FPGA数字信号处理母板内进行计算。

进一步，FPGA数字信号处理母板的核心处理器由32位ARM处理器与FPGA组成。

进一步，FPGA数字信号处理母板内预置有数字化束流信息处理方法，FPGA通过该方法实现BPM数字计算，得到BPM位置信息。

进一步，FPGA通过数字化束流信息处理方法实现BPM数字计算，包括：

FPGA对数字中频信号进行I/Q解调得到数字I/Q基带信号，并经过去直流和CIC滤波抽取进行降噪处理；