一种超导磁体监控仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超导磁体监控仪，包括机箱，所述机箱内部设置有工控机板卡、采集卡、调理电路、GPS单元和电源，所述工控机板卡与采集卡的输出端电连接，所述采集卡的输入端与调理电路电连接，所述调理电路电连接超导磁体内部的传感器和制冷机，所述GPS单元与工控机板卡电连接，所述电源分别与GPS单元和调理电路电连接。本发明的有益效果：及时提醒用户超导磁体的安全运行状态，并具有传感器参数校准功能，可以连接移动互联网络，具有数据存储/上传/分析功能，无人值守远程报警等功能。
【专利说明】
一种超导磁体监控仪
技术领域
[0001]本发明属于超导设备领域，具体涉及一种超导磁体监控仪。【背景技术】
[0002]超导磁体通常工作在4.2K温度下，磁体内部采用液氦作为低温介质。液氦是一种昂贵的低温介质，磁体内杜瓦液氦容量通常在1000升左右，价值约20万元人民币。超导磁体的工作时并不是绝对稳定的，当有内部热扰动、外界过量热辐射、外部磁场干扰的情况下， 可能会触发失超。失超时，液氦会在失超加热装置作用下，全部汽化挥发出来，从而造成巨大的经济损失。另外，当磁体失超液氦汽化时，会在杜瓦内部造成巨大压力，虽然有泄压装置，但这种高压将是一种安全隐患。因此，为了预防经济损失，保障设备和人员的安全，商业运行的超导磁体上需要有仪表或者电子设备，用来采集超导磁体内部的各种传感器数据， 监控超导磁体的运行状态参数，控制超导磁体内部压力，及时提醒用户超导磁体的安全运行状态。
[0003]从事超导磁体研究的科研院所一般采用专门测量仪表监控超导磁体的运行参数， 如压力计，氦液面计，温度表等。其缺点是设备安装在超导磁体上，需要近距离地观察仪表数据，操作复杂，记录数据效率低。而医用磁共振系统用的超导磁体一般通过专门的电子设备，即超导磁体监控仪，来监控磁体的运行。超导磁体监控仪放在屏蔽间外的设备机柜上， 操作方便，运行可靠。
[0004]各磁体制造厂商提供的超导磁体监控仪专用性很强。一种超导磁体只对应一种超导磁体监控仪，各个厂商之间、各个型号之间不通用。已知目前国内外超导磁体设备厂商和科研院所并没有通用的超导磁体监控仪，功能扩展性差，各相关单位单独研制增加了超导磁体的研制周期和成本。
【发明内容】
[0005]针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种超导磁体监控仪，用以解决上述问题。
[0006]为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的:一种超导磁体监控仪，包括机箱，所述机箱内部设置有工控机板卡、采集卡、调理电路、 GPS单元和电源，所述工控机板卡与采集卡的输出端电连接，所述采集卡的输入端与调理电路电连接，所述调理电路电连接超导磁体内部的传感器和制冷机，所述GPS单元与工控机板卡电连接，所述电源分别与GPS单元和调理电路电连接。
[0007]进一步的，所述调理电路包括与超导磁体内部的传感器电连接的B0线圈控制电路、氦液面测量电路、温度测量电路、压力测量及控制电路、紧急失超控制电路和单片机采集电路，所述单片机采集电路通过串行接口 RS232与工控机板卡电连接，且该单片机采集电路还电连接有用于对超导磁体内部的制冷机进行检测的制冷机状态监测电路、电源电压监测电路和电缆连接状态监测电路。
[0008]进一步的，所述工控机板卡电连接有IXD触摸屏。
[0009]进一步的，所述调理电路电连接有蜂鸣器和指示灯。
[0010]进一步的，所述GPS单元连接有远程服务器和移动设备，所述移动设备为手机。
[0011]进一步的，所述工控机板卡通过PCI接口或USB接口与采集卡的输出端电连接。
[0012]进一步的，所述GPS单元通过串行接口与工控机板卡电连接。
[0013]进一步的，所述采集卡上设置有多于16路的数字I/O通道、多于8路的A/D接口以及多于2路的DA接口。[〇〇14] 进一步的，所述电源将220V交流电转换成12￥、15￥、-15￥、48￥直流电输出。
[0015]本发明的有益效果:及时提醒用户超导磁体的安全运行状态，并具有传感器参数校准功能，可以对不同生产商的传感器参数进行标定;兼容不同厂商的超导磁体;通过嵌入式操作系统、微型工控机平台、触摸屏界面，使得设计极具智能化和可扩展性;通过GPRS模块，可以连接移动互联网络，具有数据存储/上传/分析功能，无人值守远程报警等功能。【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是根据本发明实施例所述的超导磁体监控仪的结构示意图；图2是根据本发明实施例所述的超导磁体监控仪的使用流程图。
[0018]其中:1、工控机板卡;2、采集卡;3、GPS单元;4、电源;5、调理电路;6、LCD触摸屏;7、蜂鸣器;8、 指示灯;9、远程服务器；10、移动设备；11、机箱；12、传感器；13、制冷机;51、B0线圈控制电路;52、氦液面测量电路;53、温度测量电路;54、压力测量及控制电路;55、紧急失超控制电路;56、单片机采集电路;57、制冷机状态监测电路;58、电源电压监测电路;59、电缆连接状态监测电路。【具体实施方式】[〇〇19]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]如图1所示，根据本发明实施例所述的一种超导磁体监控仪，包括机箱11，所述机箱11内部设置有工控机板卡1、采集卡2、调理电路5、GPS单元3和电源4,所述工控机板卡1与采集卡2的输出端电连接，所述采集卡2的输入端与调理电路5电连接，所述调理电路5电连接超导磁体内部的传感器12和制冷机13,调理电路模块5—方面接受来自于采集卡2的软件控制信号，另一方面将超导磁体传感器信号进行采集和调理，送给采集卡2进行处理。调理电路模块5是超导磁体监控仪硬件电路的核心模块，所述GPS单元3与工控机板卡1电连接， 所述电源4分别与GPS单元3和调理电路5电连接，所述电源4将220V交流电转换成12V、15V、_15V、48V直流电输出。
[0021] 所述调理电路5包括与超导磁体内部的传感器12电连接的BO线圈控制电路51、氦液面测量电路52、温度测量电路53、压力测量及控制电路54、紧急失超控制电路55和单片机采集电路56,所述单片机采集电路56通过串行接口 RS232与工控机板卡1电连接，且该单片机采集电路56还电连接有用于对超导磁体内部的制冷机进行检测的制冷机状态监测电路 57、电源电压监测电路58和电缆连接状态监测电路59。[〇〇22] 所述工控机板卡1电连接有LCD触摸屏6,所述调理电路5电连接有蜂鸣器7和指示灯8,所述GPS单元3连接有远程服务器9和移动设备10,所述移动设备10为手机。[〇〇23]所述工控机板卡1通过PCI接口或USB接口与采集卡2的输出端电连接，所述GPS单元3通过串行接口与工控机板卡1电连接。
[0024]所述采集卡2上设置有多于16路的数字I/O通道、多于8路的A/D接口以及多于2路的DA接口。[〇〇25]为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
[0026]如图2所示，一种超导磁体监控仪的使用方法，包括如下步骤:51、启动监控仪并进行开机测试；52、检测到开机正常时，进入无限循环，否则退出程序；53、工控机板卡1获取时间数据，根据时间间隔确定是否需要启动对应模块进行测试；54、若时间间隔正确，则启动相应的调理电路5;55、调理电路5测量完成后，在LCD触摸屏6上显示更新，同时进行故障诊断，判断各个参数是否正常；56、异常情况下，通过IXD触摸屏6、蜂鸣器7和手机进行短信提示；其中，所述步骤S4中的调理电路包括B0线圈控制电路51、氦液面测量电路52、温度测量电路53、压力测量及控制电路54、紧急失超控制电路55和单片机采集电路56,所述压力测量及控制电路54 —分钟采样一次，B0线圈控制电路51和氦液面测量电路52二十四小时检测一次，所述温度测量电路53、紧急失超控制电路55和单片机采集电路56—小时监测一次。
[0027]下面逐一说明超导磁体各个测量功能的实现方式:B0线圈控制电路的工作流程:工控机板卡发0，采集卡P0.0端口发出低电平，B0线圈控制电路工作，启动B0线圈加热；等待1秒钟以后，采集卡AD端口A1.3单端采样方式测量返回的电压，得到B0加热电缆的连接状态;保持40秒钟以后，工控机板卡发1，采集卡P0.0端口发出高电平，停止B0加热。
[0028]氦液面测量电路的工作流程:工控机板卡发出测量命令，调理电路氦液面测量的恒流源开始工作，恒流源加载到超导磁体内的氦液面计，得到与氦液面高度成比例的电压信号，电压信号连接到采集卡的AD转换端口，通过监控仪内部软件计算得到氦液面高度;氦液面测量的恒流源可调，从而适应不同厂商的氦液面计;例如:工控机板卡发〇，采集卡P0.1 端口发出低电平，启动氦液面测量;等待2秒钟以后，采集卡AD端口A1.0和A1.8差分采样方式测量氦液面传感器返回电压:继续测量2秒钟以后，工控机板卡发1，采集卡P0.1端口发出高电平，停止氦液面测量。
[0029]温度测量电路工作流程:可以进行多路测量信号(例如8路)，测量温度范围从4.2K?300K范围。工控机板卡发出温度测量命令，通过采集卡选通一路温度，调理电路温度测量的恒流源工作，加载到超导磁体内的温度计，得到与温度成比例的电压信号，连接到采集卡的AD转换端口，通过监控仪内部软件计算得到超导磁体内部的测量点温度;温度测量的恒流源可调，从而可以适应不同厂商的温度传感器;例如本发明可以测量8路温度通道，工控机板卡发出通道号，采集卡的3路数字口(？0.3、？0.4、？0.5)输出通道号，经过3-8译码器，选通温度通道;工控机板卡发1，采集卡P0.6端口输出高电平，启动温度测量;等待500毫秒以后，差分采样方式采集温度传感器电压，其中，AD端口 A1.1和A1.9测量4.2K温区，A1.6和 A1.14测量20K以上温区；持续测量2秒钟以后，停止测量。
[0030]压力测量及控制电路工作流程:由超导磁体传感器接至调理电路，经过信号调理后，接到采集卡AD转换接口，通过监控仪内部软件计算得到超导磁体液氦腔内部压力;根据压力的状态，决定是否输出压力加热信号；当输出压力加热信号时，调理板输出与压力控制信号成比例的加热电压，对超导磁体液氦杜瓦内的压力进行控制;压力测量是实时进行的， 不需要工控机板卡发出测量控制命令。采集卡AD端口 A1.2和A1.10差分采样方式测量压力信号，A1.4单端采样方式测量压力传感器电缆的连接状态;工控机板卡根据压力差，判断是否需要加热。采集卡端口A0.0输出模拟控制信号，调理电路输出与控制信号成比例的电压信号给超导磁体的压力加热器。
[0031]紧急失超控制电路工作流程:当按下紧急失超按钮时，调理电路的延时继电器接通，直流电源加到失超加热带上，使超导磁体内部的超导线圈失超，快速将超导线圈电流降下来，监控仪内部软件会记录下这个过程，并形成日志文件；当调理电路检测到失超按钮按下以后，给超导磁体失超加热带供电，并将紧急失超状态通过采集卡发给工控机板卡。
[0032]单片机采集电路:超导磁体的制冷机带有运行状态接口，从接口可以得到制冷机的电源状态、温度和压力信号。将信号送到单片机处理后，通过串行接口发送到工控机，经过监控仪内软件处理，得到制冷机状态，指示运行状态正常或者发出警报。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超导磁体监控仪，包括机箱(11)，其特征在于:所述机箱(11)内部设置有工控机 板卡(1)、采集卡(2)、调理电路(5)、GPS单元(3)和电源(4)，所述工控机板卡(1)与采集卡 (2)的输出端电连接，所述采集卡(2)的输入端与调理电路(5)电连接，所述调理电路(5)电 连接超导磁体内部的传感器(12 )和制冷机(13 )，所述GPS单元(3 )与工控机板卡(1)电连接， 所述电源(4)分别与GPS单元(3)和调理电路(5)电连接。2.根据权利要求1所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述调理电路(5)包括与超导 磁体内部的传感器(12 )电连接的B0线圈控制电路(51 )、氦液面测量电路(5 2 )、温度测量电 路(53)、压力测量及控制电路(54)、紧急失超控制电路(55)和单片机采集电路(56)，所述单 片机采集电路(56)通过串行接口 RS232与工控机板卡(1)电连接，且该单片机采集电路(56) 还电连接有制冷机状态监测电路(57)、电源电压监测电路(58)和电缆连接状态监测电路 (59)〇3.根据权利要求1所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述工控机板卡(1)电连接有 LCD触摸屏(6)。4.根据权利要求1所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述调理电路(5)电连接有蜂 鸣器(7)和指示灯(8)。5.根据权利要求1所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述GPS单元(3)连接有远程服 务器(9)和移动设备(10)。6.根据权利要求5所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述移动设备(10 )为手机。7.根据权利要求3所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述工控机板卡(1)通过PCI接 口或USB接口与采集卡(2 )的输出端电连接。8.根据权利要求5所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述GPS单元(3)通过串行接口 与工控机板卡(1)电连接。9.根据权利要求1所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述采集卡(2)上设置有多于 16路的数字I/O通道、多于8路的A/D接口以及多于2路的DA接口。10.根据权利要求1所述的超导磁体监控仪，其特征在于:所述电源(4)将220V交流电转 换成12￥、15￥、-15￥、48￥直流电输出。
【文档编号】G01R31/00GK106019004SQ201610326108
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】林海洋
【申请人】北京斯派克科技发展有限公司