一种束流探测极排及束流探测装置的制作方法

1.本技术实施例涉及但不限于加速器测试、标定领域，尤其涉及一种束流探测极排及束流探测装置。


背景技术：

2.束流探测器广泛应用于加速器束流测试、标定等领域。在实际应用时，束流探测装置接收感应束流大小和分布，并经过处理后可以得到实时的束流品质信息。
3.通常情况下，束流探测装置包括由多个探测电极组成的电极排，电极排需要进行机械固定，且不同探测电极之间需要绝缘设置，相关技术中在探测电极周围采用绝缘材料包裹的方式进行绝缘并固定支撑探测电极。
4.上述方案中，电子会轰击到绝缘材料上，绝缘材料中累计的电荷再向探测电极放电，从而产生测量误差；同时，采用绝缘材料包裹固定探测电极，还会使得电极排的重量较大，使得电极排在自身重量的作用下变形，而且其在运动到不同位置的过程中产生抖动；此外，采用绝缘材料包裹固定电极，需要在相邻电极之间的间隙填充绝缘材料，使得间隙处的电流得不到有效测量，从而形成测量误差，最终导致束流探测装置测量范围较小且对皮安级电流敏感度不强。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供的束流探测极排及束流探测装置，具有重量轻、稳定性好、误差小、采集范围全面、精度高、测量范围广、可探测皮安级电流等优点。
6.第一方面，本技术实施例提供一种束流探测极排，包括支撑件和多个探测件，支撑件沿第一方向延伸；多个探测件分别通过连接组件固定连接于支撑件上，多个探测件沿第一方向依次排列，相邻两个探测件间隔预设距离，且相邻两个探测件沿第一方向朝向彼此伸出有延伸部，以构成延伸部组，延伸部组中的两个延伸部沿第二方向层叠设置，其中，第二方向和第一方向垂直设置，第二方向为束流入射方向。
7.本技术实施例提供的束流探测极排，支撑件用于为探测件提供支撑，支撑件沿第一方向延伸以形成长条形结构，便于多个探测件在支撑件上沿第一方向依次排列，形成束流探测极排，且第一方向与束流入射方向垂直设置，以使束流能射向多个探测件。其中，多个探测件分别通过连接组件固定连接于支撑件上，也即每个探测件单独固定在支撑件上，互不干扰，且相邻两个探测件间隔预设距离，以形成绝缘间隙，从而达到彼此隔离绝缘的目的，通过绝缘间隙代替绝缘材料，避免了电子轰击到绝缘材料上并在绝缘材料中累计再次向电极放电，解决了使用绝缘材料包裹探测件带来测量误差的问题。此外，由于取消了绝缘材料，使得探测件的结构更加简单，无需包覆绝缘材料的探测件自重更小，也即整个束流探测极排的重量减轻，束流探测极排受重力影响的变形也就越小，因变形造成的误差也就更小，同时，由于重量减轻，束流探测极排移动过程中的惯性也更小，当束流探测极排移动到新的探测位置时，能够更快进入稳定状态，降低因束流探测极排抖动带来的测量误差。在此
基础上，相邻两个探测件沿第一方向朝向彼此伸出有延伸部，以构成延伸部组，延伸部组中的两个延伸部沿第二方向即束流入射方向层叠设置，也即绝缘间隙在延伸部组内发生弯折，当束流沿第二方向射入绝缘间隙时，会被相应的延伸部采集，使得绝缘间隙处的束流也能得到有效测量，进一步降低了测量误差，提升了测量精度，使得本技术的束流探测极排可以探测皮安级的电流。与相关技术中，探测件包裹绝缘材料的方案相比，本技术的束流探测极排依靠绝缘间隙绝缘，且具有探出部可有效采集绝缘间隙处的束流，因而具有重量轻、稳定性好、误差小、采集范围全面、精度高、测量范围广、可探测皮安级电流等优点。
8.在本技术的一种可能的实现方式中，多个探测件包括一个中部探测件、至少两个过渡探测件和两个端部探测件，两个端部探测件分别位于中部探测件的两端，至少两个过渡探测件均匀设置于中部探测件和端部探测件之间。
9.在本技术的一种可能的实现方式中，中部探测件两端的延伸部相对设置，过渡探测件两端的延伸部中心对称设置，端部探测件仅靠近中部探测件的一端设置延伸部。
10.在本技术的一种可能的实现方式中，探测件包括第一端面和第二端面，第一端面与第二方向垂直设置，第二端面的延伸方向和第一端面呈角度设置，延伸部的外轮廓由第一端面和第二端面围合而成。
11.在本技术的一种可能的实现方式中，第二端面为平面。
12.在本技术的一种可能的实现方式中，第二端面为阶梯面。
13.在本技术的一种可能的实现方式中，连接组件包括连接件和至少两个绝缘件，绝缘件设置于连接件和支撑件之间，连接件的第一端连接于对应的探测件，连接件的第二端用于电联接探测仪表，以将探测件和支撑件绝缘设置，并将探测件和探测仪表电导通。
14.在本技术的一种可能的实现方式中，支撑件沿第二方向开设有通孔，连接组件包括两个绝缘件，两个绝缘件分设于通孔的两端，且绝缘件包括沿第二方向设置的第一绝缘体和第二绝缘体，第一绝缘体抵靠于连接件的对应侧，第二绝缘体伸入通孔，并与通孔相配合，连接件沿第二方向穿设于第一绝缘体和第二绝缘体，且连接件和第二绝缘体同轴设置。
15.在本技术的一种可能的实现方式中，连接件包括螺纹连接的螺栓和连接螺母，两个绝缘件分别为第一绝缘件和第二绝缘件，螺栓依次穿过探测件、第一绝缘件、支撑件和第二绝缘件，并与连接螺母相连接，以将探测件压紧在第一绝缘件上，并将第一绝缘件和第二绝缘件压紧在支撑件的两侧。
16.在本技术的一种可能的实现方式中，还包括集线架，集线架固定于支撑件，且集线架和支撑件围合形成集线槽，集线槽用于容纳连接件第二端引出的线缆。
17.第二方面，本技术实施例提供一种束流探测装置，包括实验台、探测舱和第一方面中任一项的束流探测极排，探测舱固定于实验台上，且探测舱真空设置，束流探测极排位于探测舱内，且束流探测极排通过位移机构连接于实验台，以相对实验台运动。
18.本技术实施例提供的束流探测装置，由于包括第一方面中的束流探测极排，因此具有相同的技术效果，即探测件之间依靠绝缘间隙绝缘，且具有探出部可有效采集绝缘间隙处的束流，因而具有重量轻、稳定性好、误差小、采集范围全面、精度高、测量范围广、可探测皮安级电流等优点。
19.在本技术的一种可能的实现方式中，位移机构包括驱动件，丝杠螺母组件和滑轨组件，驱动件通过丝杠螺母组件带动支撑件运动，滑轨组件用于支撑支撑件的端部。
附图说明
20.图1为本技术实施例提供的束流探测装置的结构示意图；
21.图2为本技术实施例提供的束流探测极排的结构示意图；
22.图3为本技术实施例提供的束流探测极排中探测件的排列示意图；
23.图4为本技术实施例提供的束流探测极排中绝缘间隙的示意图；
24.图5为本技术实施例提供的束流探测极排的中部探测件的结构示意图；
25.图6为本技术实施例提供的束流探测极排中过渡探测件的结构示意图；
26.图7为本技术实施例提供的束流探测极排中平面型第二端面的示意图；
27.图8为本技术实施例提供的束流探测极排中阶梯型第二端面的示意图；
28.图9为本技术实施例提供的束流探测极排中支撑件的结构示意图；
29.图10为本技术实施例提供的束流探测极排中连接组件的结构示意图。
30.附图标记：
31.1-实验台；2-束流探测极排；3-位移机构；31-驱动件；32-丝杠螺母组件；321-丝杠；322-支撑架；323-丝杠螺母；33-滑轨组件；331-滑轨；332-滑块；333-连接块；21-支撑件；211-通孔；22-探测件；221-延伸部；222-主体部分；223-第一端面；224-第二端面；22a-中部探测件；22b-过渡探测件；22c-端部探测件；23-连接组件；231-连接件；2311-螺栓；2312-连接螺母；232-绝缘件；2321-第一绝缘体；2322-第二绝缘体；232a-第一绝缘件；232b-第二绝缘件；24-绝缘间隙；25-集线架；26-集线槽。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
33.在本技术实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
35.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
36.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
37.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本
申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
38.本技术实施例提供了一种束流探测装置，束流探测装置可以接收感应束流大小和分布，并经过处理后可以得到实时的束流品质信息。
39.参照图1，本技术实施例提供的束流探测装置包括实验台1、探测舱(图中未示出)和束流探测极排2，探测舱固定于实验台1上，且探测舱真空设置，束流探测极排2位于探测舱内，且束流探测极排2通过位移机构3连接于实验台1，以相对实验台1运动。
40.其中，实验台1设置有测量仪表、工控机等，实验台1的中心与束流发射设备的中心重合，探测舱设置在实验台1上，束流探测极排2和位移机构3设置在探测舱内，以提供真空的探测环境，位移机构3则可以带动束流探测极排2在探测舱内运动，以使束流探测极排2和入射束流对位。
41.可选的，位移机构3可以为多自由度机械臂、丝杠螺母机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块332机构等，本技术对此不作限制。
42.参照图1，在本技术一种可能的实现方式中，位移机构3包括驱动件31，丝杠螺母组件32和滑轨组件33，驱动件31通过丝杠螺母组件32带动束流探测极排2运动，滑轨组件33用于对束流探测极排2的端部进行支撑。
43.具体的，驱动件31为电机，电机可以为步进电机、伺服电机等，电机固定连接在实验台1的一侧，且电机的输出轴平行实验台1的台面，电机的输出轴固定连接有与其同轴设置的丝杠321，电机的输出轴和丝杠321可以通过联轴器或花键配合等方式连接，丝杠321的两端通过支撑架322连接在实验台1上，支撑架322与实验台1固定连接，丝杠321和支撑架322通过轴承旋转连接，丝杠321上套设且螺纹连接有丝杠螺母323，束流探测极排2的中部固定连接在丝杠螺母323上，且束流探测极排2的一端设置有滑轨组件33，滑轨组件33包括滑轨331和滑块332，滑轨331平行丝杠321设置并固定连接在实验台1上，滑块332与滑轨331滑动连接，且滑块332与束流探测极排2固定连接，从而将束流探测极排2支撑在实验台1上。
44.此外，本技术实施例提供一种束流探测极排2，参照图2和图3，本技术的束流探测极排2包括支撑件21和多个探测件22，支撑件21沿第一方向延伸；多个探测件22分别通过连接组件23固定连接于支撑件21上，多个探测件22沿第一方向依次排列，相邻两个探测件22间隔预设距离，且相邻两个探测件22沿第一方向朝向彼此伸出有延伸部221，以构成延伸部组，延伸部组中的两个延伸部221沿第二方向层叠设置，其中，第二方向和第一方向垂直设置，第二方向为束流入射方向。
45.支撑件21用于为探测件22提供支撑，支撑件21沿第一方向延伸以形成长条形结构，便于多个探测件22在支撑件21上沿第一方向依次排列，形成束流探测极排2，且第一方向与束流入射方向垂直设置，以使束流能射向多个探测件22，可以快速测试大范围束流的扫描均匀性。
46.其中，多个探测件22分别通过连接组件23固定连接于支撑件21上，也即每个探测件22单独固定在支撑件21上，互不干扰，参照图2、图3和图4，相邻两个探测件22间隔预设距离，预设距离以能使相邻两个探测件22绝缘即可，间隔预设距离形成绝缘间隙24，从而达到彼此隔离绝缘的目的，通过绝缘间隙24代替绝缘材料，避免了电子轰击到绝缘材料上并在
绝缘材料中累计再次向探测件22放电，解决了使用绝缘材料包裹探测件22带来测量误差的问题。
47.此外，由于取消了绝缘材料，使得探测件22的结构更加简单，无需包覆绝缘材料的探测件22自重更小，也即整个束流探测极排2的重量减轻，束流探测极排2受重力影响的变形也就越小，因变形造成的误差也就更小，同时，由于重量减轻，束流探测极排2移动过程中的惯性也更小，当束流探测极排2移动到新的探测位置时，能够更快进入稳定状态，降低因束流探测极排2抖动带来的测量误差。
48.在此基础上，相邻两个探测件22沿第一方向朝向彼此伸出有延伸部221，以构成延伸部组，延伸部组中的两个延伸部221沿第二方向即束流入射方向层叠设置，也即绝缘间隙24在延伸部组内发生转向，与束流入射方向形成一定夹角，当束流沿第二方向射入绝缘间隙24时，会被相应的延伸部221采集，使得绝缘间隙24处的束流也能得到有效测量，进一步降低了测量误差，提升了测量精度，使得本技术的束流探测极排2可以探测皮安级的电流。
49.与相关技术中，探测件22包裹绝缘材料的方案相比，本技术的束流探测极排2依靠绝缘间隙24绝缘，且具有探出部可有效采集绝缘间隙24处的束流，因而具有重量轻、稳定性好、误差小、采集范围全面、精度高、测量范围广、可探测皮安级电流等优点。
50.其中，探测件22可由铜材料制成，且探测件22沿第二方向的尺寸可以防止束流穿透，以减少信号干扰，降低测量误差。
51.需要说明的是，探测件22有多种可能的形式，参照图5和图6，探测件22沿第一方向和第二方向的投影均为长方形，探测件22包括主体部分222和设置于主体部分222端部的延伸部221，其中主体部分222为长方体，且主体部分222沿第二方向的投影为正方形，也即主体部分222用于接收束流的表面为正方形。
52.在此基础上，根据延伸部221的在主体部分222上的不同设置，探测件22至少有三种可能的形式，参照图2和图3，在本技术一种可能的实现方式中，多个探测件22包括一个中部探测件22a、至少两个过渡探测件22b和两个端部探测件22c，两个端部探测件22c分别位于中部探测件22a的两端，至少两个过渡探测件22b均匀设置于中部探测件22a和端部探测件22c之间。
53.也即，当束流探测极排2包括n个探测件22时，其中(n-3)/2为整数，按照1个端部探测件22c、(n-3)/2个过渡探测件22b、1个中部探测件22a、(n-3)/2个过渡探测件22b、1个端部探测件22c依次排列的方式设置，例如，当束流探测极排2包括7个探测件22时，按照1个端部探测件22c、2个过渡探测件22b、1个中部探测件22a、2个过渡探测件22b、1个端部探测件22c依次排列的方式设置。
54.关于不同形式探测件22的结构，参照图5和图6，中部探测件22a两端的延伸部221相对设置，具体的，中部探测件22a两端的延伸部221关于图5所示参考面镜像对称，过渡探测件22b两端的延伸部221中心对称设置，具体的，过渡探测件22b两端的延伸部221沿图6所示参考线中心对称，端部探测件22c仅靠近中部探测件22a的一端设置延伸部221。
55.此外，延伸部221也有多种可能的形式，参照图7和图8，探测件22包括第一端面223和第二端面224，第一端面223与第二方向垂直设置，第二端面224的延伸方向和第一端面223呈角度设置，延伸部221的外轮廓由第一端面223和第二端面224围合而成。可以理解的，第一端面223有两个，以不同的第一端面223为参考，第二端面224的延伸方向和第一端面
223可以具有钝角夹角或锐角夹角，且第二端面224相对两个第一端面223的夹角互补。
56.在此基础上，参照图7，在本技术一种可能的实现方式中，第二端面224为平面，预设距离为绝缘间隙24沿垂直第二端面224方向的距离；参照图8，在本技术另一种可能的实现方式中，第二端面224为阶梯面，绝缘间隙24沿第一方向和第二方向均依照预设距离设置。
57.需要说明的是，支撑件21可以有多种可能的形式，例如板状、柱状等，参照图9，在本技术一种可能的实现方式中，支撑件21方形板状，探测件22设置于支撑件21远离实验台1的一侧，为了确保支撑件21的承载能力，可选的，支撑件21采用铝板，在保证机械强度的前提下可以减轻束流探测排的重量，使其结构轻量化。
58.为了使探测件22相对支撑件21绝缘，以降低支撑件21对测量的干扰，参照图10，在本技术一种可能的实现方式中，连接组件23包括连接件231和至少两个绝缘件232，绝缘件232设置于连接件231和支撑件21之间，可选的，连接件231由铜材料制成，连接件231的第一端连接于对应的探测件22，连接件231的第二端用于电联接探测仪表，以将探测件22和支撑件21绝缘设置，并将探测件22和探测仪表电导通。
59.参照图9和图10，支撑件21开设多个通孔211，多个通孔211沿第一方向依次设置，多个通孔211和多个探测件22一一对应设置，通孔211的轴线沿第二方向设置，连接组件23包括两个绝缘件232，两个绝缘件232分设于通孔211的两端，且绝缘件232包括沿第二方向设置的第一绝缘体2321和第二绝缘体2322，第一绝缘体2321抵靠于连接件231的对应侧，以使两个绝缘件232沿通孔211的轴向相对支撑件21固定，第二绝缘体2322伸入通孔211，并与通孔211相配合，即第二绝缘体2322的外轮廓和通孔211的内轮廓相适配，以使两个绝缘件232沿通孔211的径向相对支撑件21固定，可选的，两个第二绝缘体2322不相互接触。连接件231沿第二方向穿设于第一绝缘体2321和第二绝缘体2322，且连接件231和第二绝缘体2322同轴设置。
60.其中，连接件231包括螺纹连接的螺栓2311和连接螺母2312，两个绝缘件232分别为第一绝缘件232a和第二绝缘件232b，螺栓2311依次穿过探测件22、第一绝缘件232a、支撑件21和第二绝缘件232b，并与连接螺母2312相连接，以将探测件22压紧在第一绝缘件232a上，并将第一绝缘件232a和第二绝缘件232b压紧在支撑件21的两侧。
61.束流探测装置使用时，带电粒子束经相关设备聚焦、偏转、导向、扩束等一系列操作后传输到探测舱内，形成带状或方形的束流束斑形状，通过位移机构3将束流探测极排2移动到与束流对正的位置，使束流照射到铜制的探测件22上，探测件22接收到的电流直接传递至与其连接的铜制连接件231，铜制连接件231的下端电联接有线缆(图中未示出)，连接件231的第二端通过线缆连接至电流表等探测仪表，探测仪表将测量到的电流信号传输给工控机，电流信号经工控机处理后展现给用户。
62.为了便于线缆的设置，参照图2和图10，在本技术一种可能的实现方式中，还包括集线架25，集线架25固定于支撑件21，且集线架25和支撑件21围合形成集线槽26，集线槽26用于容纳连接件231第二端引出的线缆。
63.在此基础上，支撑件21通过集线架25与丝杠螺母323相固定，集线架25跟随丝杠螺母323运动，实现束流探测极排2的位置调整，且支撑件21沿第一方向的尺寸大于集线架25沿第一方向的尺寸，支撑件21靠近滑轨组件33的一端探出于集线架25，支撑件21该端通过
螺栓等紧固件连接有连接块333，连接块333通过螺栓等紧固件固定连接于滑块332，以对支撑件21进行支撑。
64.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。