Лякин Д.А., Стасевич Ю.Б., ИТЭФ, Москва, Россия
Измерение энергетического спектра ускоренных частиц является одной из традиционных задач в технике линейных ускорителей. Наиболее точным, хотя и весьма трудоемким является метод измерений с использованием анализирующего магнита, устанавливаемого на выходе линейного ускорителя. Как правило, измерения проводятся довольно интенсивно в течение ограниченного промежутка времени, что обуславливает построение измерительного комплекса с максимальным использованием универсальной промышленно выпускаемой аппаратуры, которая может быть акти вно использована другими приложениями в интервалах между циклами измерений. Данная статья рассматривает применение цифрового осциллографа в комплексе с персональной ЭВМ в системе автоматизированного измерения энергетического спектра пучка ускоренных протонов на выходе ЛУ ИСТРА (ИТЭФ).
Ниже на рис. 1 показана схема проведения измерений. Основной частью установки является анализи-рующий магнит, рассмотрение устройства которого выходит за рамки данной публикации. Развертка пучка по импульсам производится током анализирующего магнита. Текущее значение тока пучка, соответствующее плотности распределения частиц по импульсам, снимается с токоприемника, расположенного за
Для обеспечения возможности дистанционного управления током магнита был разработан специализированный контроллер формирующий сигнал опорного напряжения на входе схемы стабилизации тока анализирующего магнита. Напряжение формируется двенадцатиразрядным ЦАПом, обеспечивая дискретность шага по току магнита менее 0.1А или 0.05% от максимального тока анализирующего магнита. Интерфейсная часть контроллера выполнена на микропроцессоре PIC16c84, основными задачами ко торого являются формирование управляющих сигналов для ЦАПа, обслуживание местного пульта управления и обеспечение связи с ЭВМ. Двусторонняя связь контроллера с управляющей ЭВМ осуществляется по кабелю РК50 последовательно, протоколом , соответствующим упрощенному протоколу обмена данными COM порта IBM совместимой ЭВМ. Схема контроллера гальванически развязана от линии связи, что требуется по условию обеспечения требуемой безопасности и помехозащищенности при установке опорного напряжения. Программа для микропроцессора написана на языках С и Assembler и зашита во внутр еннюю энергонезависимую память микросхемы.
Для обеспечения работы комплекса было разработано специализированное ПО, обеспечивающее взаимодействие всех узлов системы. Первоначальный вариант программы создавался с учетом потребностей максимального использования парка имеющейся вычислительной техники и поэтому в качестве среды программирования была выбрана среда Turbo Vision фирмы Borla nd. Не обеспечивая в достаточной мере графическими средствами представления информации этот подход, однако, позволил в короткие сроки реализовать рабочую программу для управляющей ЭВМ на базе процессора Intel286.
В процессе работы были использованы и дополнены программные модули, которые обеспечивают интерфейс между высокоуровневыми программами и конкретным периферийным оборудованием - библиотека подпрограмм взаимодействия с контроллером GPIB на системном уровне, на уровне команд GPIB, на уровне пользовательского интерфейса, библиотеки обеспечивающие протокол обмена данными по последовательной линии передачи данных между контроллером анализирующего магнита и ЭВМ. Следует отметить, что большая часть этого ПО не была специально создана для данного конкретного случая, а была наработана при решении подобных задач. Таким же образом, при разработке Windows приложения системы измерения энергетического спектра ускоренных частиц значительная часть библиотек подпрограмм с некоторыми доработками была включена в результирующий проект, выполненный на базе Delphi. После переоформления обьектов, используемых в Turbo Vision, в классы Delphi, создание прикладных программ значительно ускорилось, а мощная среда программирования и богатая стандартная библиотека классов позволили создать эффективный графический интерфейс пользователя.
Ниже приведены примеры представления информации, полученной с использованием рассматриваемого комплекса. На трехмерном графике показано распределение ускоренных частиц по энергиям в зависимости от уровня ускоряющего ВЧ поля в резонаторе начальной части ускорения ЛУ Истра (ИТЭФ). Данные снимались с шагом 0.1А для тока анализирующего магнита (0.05% от импульса частиц) и 0.5 В для уровня высокочастотного управляющего напряжения.
 |
 |
Разработанный комплекс программных и аппаратных средств показал удовлетворительные результаты при практическом применении в реальных измерениях. Дальнейшее развитие системы предполагает последо-вательное развитие программного обеспечения в большей степени касающееся интерфейсной части пакета программ. Кроме того, в ближайшее время в рамках программы создания установки Нейтронный генератор предполагается провести модернизацию контроллера анализирующего магнита с добавлением возможности работы с линией последовательной передачи данных RS485 и поддержки работы в мультипроцессорной системе. Одновременно будет повышена точность установки выходного напряжения, которая составит не менее 14 двоичных разрядов.