本發(fā)明涉及磁場測量，尤其涉及一種用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)和磁場在線測量方法。

背景技術(shù)：

1、粒子加速器作為一種核物理研究領(lǐng)域的基本工具，其重要性在國防、航天、醫(yī)療、能源以及材料等領(lǐng)域與日俱增。隨著科學(xué)研究的不斷深入，對束流能量、流強和品質(zhì)的要求越來越高。在加速器系統(tǒng)中，無論是對控制束流方向的二極鐵，還是對束流進行聚焦的四極鐵所提供的磁場進行在線監(jiān)測且進行實時校正，是能夠提供高均勻性、高精度的磁場進而獲得高品質(zhì)束流的必要條件。因此，對磁場進行在線測量是極其重要的。

2、目前，一般采用霍爾效應(yīng)法、電磁感應(yīng)法以及核磁共振法進行磁場測量，其中，霍爾效應(yīng)法主要依賴于霍爾傳感器進行測試設(shè)備的設(shè)計，通過霍爾傳感器上的霍爾電壓直接計算磁場強度。電磁感應(yīng)法基于法拉第電磁感應(yīng)定律而提出，由線圈回路產(chǎn)生的感應(yīng)電壓積分后，可得到相應(yīng)的磁通變化。核磁共振法是通過外加高頻電磁場發(fā)生共振現(xiàn)象，由外加電磁波的頻率計算被測磁場的幅值。但上述方法普遍存在設(shè)備適用場景單一、設(shè)備成本較高和適用條件嚴(yán)苛等問題，無法滿足粒子加速器的高速發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)和磁場在線測量方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在設(shè)備適用場景單一、設(shè)備成本較高和適用條件嚴(yán)苛等問題，無法滿足粒子加速器的高速發(fā)展的缺陷。

2、本發(fā)明提供一種用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，包括：ac/dc供電組件、模擬信號采集前端和數(shù)字信號處理后端，其中：

3、所述ac/dc供電組件與所述數(shù)字信號處理后端連接，用于將市電ac220v轉(zhuǎn)換成直流電源，為用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)供電；

4、所述數(shù)字信號處理后端用于配置后端信號處理參數(shù)和所述模擬信號采集前端對應(yīng)的前端信號處理參數(shù)；

5、所述模擬信號采集前端包括至少兩個相互獨立的模擬信號采集通道，各所述模擬信號采集通道用于基于配置后的所述前端信號處理參數(shù)，確定對應(yīng)信號源的模擬電壓信號對應(yīng)的第一數(shù)字電壓信號；

6、所述數(shù)字信號處理后端用于基于所述第一數(shù)字電壓信號所屬的信號源，確定目標(biāo)檢測算法；基于所述目標(biāo)檢測算法和所述后端信號處理參數(shù)，對所述第一數(shù)字電壓信號進行信號處理，得到對應(yīng)信號源的磁場測量數(shù)據(jù)。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述數(shù)字信號處理后端包括zynq部分，所述zynq部分包括可編程邏輯組件和數(shù)據(jù)處理組件，其中：

8、所述可編程邏輯組件用于確定所述第一數(shù)字電壓信號對應(yīng)的濾波數(shù)字電壓信號；

9、所述數(shù)據(jù)處理組件用于將預(yù)設(shè)寫標(biāo)識與所述可編程邏輯組件發(fā)送的當(dāng)前寫標(biāo)識進行比較；在所述預(yù)設(shè)寫標(biāo)識與所述當(dāng)前寫標(biāo)識相同的情況下，基于所述濾波數(shù)字電壓信號所屬的信號源，確定目標(biāo)檢測算法；基于所述目標(biāo)檢測算法和所述后端信號處理參數(shù)，對所述濾波數(shù)字電壓信號進行信號處理，得到對應(yīng)信號源的磁場測量數(shù)據(jù)。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述可編程邏輯組件包括數(shù)據(jù)解碼模塊和數(shù)字濾波器模塊，其中：

11、所述數(shù)據(jù)解碼模塊用于解碼所述第一數(shù)字電壓信號；

12、所述數(shù)字濾波器模塊用于基于所述后端信號處理參數(shù)中的通帶帶寬，對解碼后的所述第一數(shù)字電壓信號進行濾波，得到所述濾波數(shù)字電壓信號；所述通帶帶寬是所述第一數(shù)字電壓信號所屬模擬信號采集通道對應(yīng)的帶寬。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述數(shù)字濾波器模塊包括依次串聯(lián)連接的第一異步存儲器、低通fir濾波器和第二異步存儲器，其中：

14、所述第一異步存儲器用于對解碼后的所述第一數(shù)字電壓信號進行時鐘域轉(zhuǎn)換，得到第二數(shù)字電壓信號；

15、所述低通fir濾波器用于基于所述截止頻率和所述第一數(shù)字電壓信號對應(yīng)的所述通帶帶寬，對所述第二數(shù)字電壓信號進行濾波，得到第三數(shù)字電壓信號；

16、所述第二異步存儲器用于對所述第三數(shù)字電壓信號進行時鐘域反向轉(zhuǎn)換，得到所述濾波數(shù)字電壓信號。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理組件用于在所述濾波數(shù)字電壓信號所屬的信號源為磁鐵線圈的情況下，將感應(yīng)電壓算法確定為目標(biāo)檢測算法；在所述濾波數(shù)字電壓信號所屬的信號源為霍爾傳感器的情況下，將霍爾電壓算法確定為目標(biāo)檢測算法。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，各所述模擬信號采集通道包括依次串聯(lián)連接的可調(diào)增益組件、低通濾波器組件、偏置電壓組件、抗混疊組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換組件和磁耦合隔離組件，其中：

19、所述可調(diào)增益組件用于基于所述前端信號處理參數(shù)，對所述模擬電壓信號進行幅值調(diào)整，得到第一模擬電壓信號；

20、所述低通濾波器組件用于對所述第一模擬電壓信號進行模擬濾波，得到濾波模擬電壓信號；

21、所述偏置電壓組件用于在所述濾波模擬電壓信號中增加直流分量，得到第二模擬電壓信號；

22、所述抗混疊組件用于確定所述第二模擬電壓信號對應(yīng)的第三模擬電壓信號；

23、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件用于將所述第三模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為初始數(shù)字電壓信號；

24、所述磁耦合隔離組件用于對所述初始數(shù)字電壓信號進行電平轉(zhuǎn)換，得到所述第一數(shù)字電壓信號。

25、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述可調(diào)增益組件包括均連接所述數(shù)字信號處理后端中zynq部分且串聯(lián)連接的幅值衰減器和同相比例放大器，其中：

26、所述幅值衰減器用于對所述模擬電壓信號進行幅值衰減調(diào)整；

27、所述同相比例放大器用于對幅值調(diào)整后的所述模擬電壓信號進行放大增益調(diào)整，得到所述第一模擬電壓信號。

28、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述偏置電壓組件包括基準(zhǔn)電壓源、第一電壓跟隨單元和第二電壓跟隨單元，其中：

29、所述基準(zhǔn)電壓源連接所述第二電壓跟隨單元，且所述基準(zhǔn)電壓源用于提供偏置電壓；

30、所述第一電壓跟隨單元與所述第二電壓跟隨單元并聯(lián)連接，且所述第一電壓跟隨單元用于確定所述濾波模擬電壓信號對應(yīng)的第一跟隨電壓信號；

31、所述第二電壓跟隨單元用于確定所述偏置電壓對應(yīng)的第二跟隨電壓信號，且基于所述第一跟隨電壓信號和所述第二跟隨電壓信號，確定所述第二模擬電壓信號。

32、根據(jù)本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，還包括磁場測量系統(tǒng)，所述磁場測量系統(tǒng)是個人計算機端通過所述用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)對磁場進行實時測量的應(yīng)用系統(tǒng)，用于通過網(wǎng)口進行所述用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)與個人計算機之間的指令交互、數(shù)據(jù)傳輸和實時顯示；所述磁場測量系統(tǒng)還用于響應(yīng)用戶操作，確定所述后端信號處理參數(shù)和所述前端信號處理參數(shù)。

33、本發(fā)明還提供一種磁場在線測量方法，應(yīng)用于如上述任一項所述的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)，所述方法包括：

34、配置后端信號處理參數(shù)和模擬信號采集前端對應(yīng)的前端信號處理參數(shù)；

35、基于第一數(shù)字電壓信號所屬的信號源，確定目標(biāo)檢測算法；基于所述目標(biāo)檢測算法和所述后端信號處理參數(shù)，對所述第一數(shù)字電壓信號進行信號處理，得到對應(yīng)信號源的磁場測量數(shù)據(jù)；所述第一數(shù)字電壓信號是所述模擬信號采集前端中各模擬信號采集通道基于配置后的所述前端信號處理參數(shù)，對對應(yīng)信號源的模擬電壓信號進行信號處理后得到的。

36、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上述任一種所述磁場在線測量方法。

37、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述磁場在線測量方法。

38、本發(fā)明還提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述磁場在線測量方法。

39、本發(fā)明提供的用于磁場在線測量的電子學(xué)系統(tǒng)和磁場在線測量方法，數(shù)字信號處理后端可根據(jù)實際使用需求，配置后端信號處理參數(shù)和模擬信號采集前端對應(yīng)的前端信號處理參數(shù)，使電子學(xué)系統(tǒng)可滿足不同場合的使用需求。在參數(shù)配置結(jié)束后，模擬信號采集前端中的至少兩個相互獨立的模擬信號采集通道可采集不同信號源對應(yīng)的模擬電壓信號，且可采集同一磁鐵不同部位或不同磁鐵的模擬電壓信號，并轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字電壓信號，通過數(shù)字信號處理后端根據(jù)第一數(shù)字電壓信號所屬的信號源確定針對性的目標(biāo)檢測算法，并通過目標(biāo)檢測算法對對應(yīng)信號源的第一數(shù)字電壓信號進行信號處理，確定對應(yīng)信號源的磁場測量數(shù)據(jù)。本發(fā)明可滿足磁場測量的不同應(yīng)用場景，大幅度提高磁場測量的適用性，降低磁場測量成本，并提高了磁場測量的可靠性和安全性。